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大腦中是否能發現白細胞一直存在爭議，它們可能發揮什麼作用在此之前完全是個謎。在一項新的開創性研究中，來自比利時VIB大腦與疾病研究中心、魯汶大學和英國巴布拉漢研究所的研究人員描述了在小鼠和人類大腦中發現的一個專門的大腦駐留免疫細胞群體，並發現白細胞的存在對小鼠大腦的正常發育至關重要。
相關研究結果於近期發表在Cell期刊上，論文標題為「Microglia Require CD4 T Cells to Complete the Fetal-to-Adult Transition」。論文通訊作者為Adrian Liston教授。
圖片來自Cell, 2020, doi:10.1016/j.cell.2020.06.026。
就像一個高度設防的總部，我們的大腦通過血腦屏障享有特殊的保護，不受身體其他部位循環的東西影響。這個高度選擇性的邊界確保了從血液到大腦的通道受到嚴格的控制。
血腦屏障也將大腦與我們身體的免疫系統分隔開來，這就是為什麼大腦也有它自己的稱為小膠質細胞的駐留免疫細胞，它們可觸發炎症和組織修復。小膠質細胞在胚胎發育過程中到達大腦，之後，它們會自我更新。
然而，作為我們免疫系統的一部分，白細胞已經被發現在不同的腦部疾病中發揮作用，包括多發性硬化症、阿爾茨海默病和帕金森病或中風。白細胞是否也能在健康的大腦中找到，以及它們在那裡可能發揮何種作用，一直是人們激烈爭論的主題。由Liston教授領導的一個跨學科研究團隊開始尋找答案。
大腦中的白細胞
論文共同第一作者、巴布拉漢研究所的Oliver Burton博士解釋道，「對白細胞的誤解來自於它們的名字。這些'免疫細胞'不僅僅存在於血液中。它們不斷地在我們身體周圍循環，並進入我們所有的器官，包括大腦。我們只是剛剛開始發現白細胞離開血液時發揮的作用。這項研究表明，它們充當著中間人的角色，將信息從身體其他部位傳遞到大腦環境中。」
這些研究人員對小鼠和人類大腦組織中存在的少量但獨特的大腦駐留輔助性T細胞群體進行了定量確定和表徵。T細胞是一種特殊類型的白細胞，專門掃描細胞表面以尋找感染存在的證據，並引發適當的免疫反應。新技術使得這些研究人員能夠非常詳細地研究這些細胞，包括循環T細胞進入大腦並開始出現大腦駐留T細胞特徵的過程。
論文共同第一作者、巴布拉漢研究所的Carlos Roca博士說，「科學正變得越來越多學科。在這項研究中，我們不僅引入了免疫學、神經科學和微生物學的專業知識，還引入了計算機科學和應用數學的專業知識。新的數據分析方法使得我們能夠對我們在大腦中發現的白細胞的生物學特性的理解達到更深層次。」
一種進化作用
當輔助性T細胞在大腦中缺失時，這些研究人員發現，小鼠大腦中的常駐免疫細胞--小膠質細胞---仍然停留在胎兒和成人發育狀態之間。通過觀察發現，缺乏大腦T細胞的小鼠在行為上出現了多種變化。他們的分析指出，大腦駐留T細胞在大腦發育中發揮了重要作用。如果T細胞參與了小鼠大腦的正常發育，那麼人類是否也會如此呢？
Liston說，「在小鼠中，在出生時免疫細胞的進入浪潮觸發了大腦發育的開關。不過人類的妊娠期比小鼠長得多，我們不知道免疫細胞進入大腦的時間。這是否發生在出生前？是否延遲到出生後？進入時間的改變是否有助於促進人類認知能力的增強？」
這些發現開啟了關於大腦和我們的免疫系統如何相互作用的一系列新問題。論文共同第一作者、VIB大腦與疾病研究中心的Emanuela Pasciuto博士說，「在這個項目上開展研究真地很令人興奮。我們了解到很多關於我們的免疫系統如何改變我們的大腦以及我們的大腦如何改變我們的免疫系統的信息。這兩者之間的相互聯繫遠比我們之前想像的要緊密得多。」
Liston說，這項研究還揭示了大腦與腸道微生物組之間存在的關聯性。「如今我們腸道中的細菌和不同的神經系統疾病之間有多種聯繫，但是沒有任何令人信服的解釋來說明它們之間的聯繫。我們發現白細胞被腸道細菌修飾，然後帶來這些信息進入大腦。這可能是我們的腸道微生物組影響大腦的途徑。」
綜上所述，這些結果有助於人們日益認識到免疫細胞在大腦中的作用，並為它在一系列神經系統疾病中的作用提供了新的見解。
參考資料：
1.Emanuela Pasciuto et al. Microglia Require CD4 T Cells to Complete the Fetal-to-Adult Transition. Cell, 2020, doi:10.1016/j.cell.2020.06.026.
2.New role for white blood cells in the developing brain
https://medicalxpress.com/news/2020-07-role-white-blood-cells-brain.html