「Nature」腸-腦新發現！保護大腦的抗體「衛士」居然源於腸道

2020-11-05 轉化醫學網

本文為轉化醫學網原創，轉載請註明出處

作者：Cathy

導言：當我們在重要場合，需要保持良好狀態的時候，胃腸道似乎有自己的想法，往往會帶來腹痛腹瀉等反應；當我們情緒低落、焦慮壓抑時，即便食物美味也會沒有胃口或消化不良。「腸-腦」聯繫早已為人們所熟知，而近日，又有科學家發現，那些保護大腦的抗體「衛士」居然也源於腸道。

先前人們認為中樞神經系統，尤其是大腦，是免疫功能低下的脆弱部位，而近幾年的研究顯示，大腦受到了腦膜的特殊保護，可以抵禦細菌和病毒入侵，但是其防禦機制長期以來一直是個謎。近日，由劍橋大學和美國國立衛生研究院的科學家領導的研究小組發現，那些腦膜內漿細胞分泌的，用於保護大腦的抗體「衛士」居然源於腸道。

該研究於11月4日發表在《自然》雜誌，題為「Gut-educated IgA plasma cells defend the meningeal venous sinuses」。

大腦可以說是人體最重要的器官，因為它控制大多數其他身體系統，並且能夠推理，決定智力和情感。人類已經進化出了各種保護措施來防止外界對大腦的物理傷害：它位于堅固的骨殼-頭骨中，並包裹在三層腦膜的防水組織中。

然而，科學家們尚不清楚身體如何保護大腦免受感染。在人體的其他地方，如果細菌或病毒進入血液，我們的免疫系統就會啟動，出現免疫細胞和針對並消除入侵者的抗體。但是，腦膜形成了不可滲透的屏障，阻止了這些免疫細胞進入大腦。

在該研究中，研究人員發現，腦膜內大血管旁存在漿細胞，它們能夠分泌抗體「衛士」來保護大腦的周圍。當觀察這些細胞產生的特定抗體的類型時，他們驚訝地發現，這些抗體類型通常是在腸道中發現的類型。

漿細胞（plasma cell），又稱效應B細胞，來源於B細胞。每個B細胞的表面都具有該細胞特有的抗體。如果抗原（觸發免疫應答的細菌或病毒的一部分）與該表面抗體結合，則B細胞被激活：它將分裂產生新的後代，它們的子代細胞也可識別相同的抗原。

漿細胞 圖源：The Immune Response

在分裂過程中，B細胞將一個突變引入抗體基因，從而改變一個胺基酸，使其結合特性略有不同。其中一些B細胞就會產生能夠更好地與病原體結合的抗體，它們就會繼續繁殖。那些抗體不能很好結合的B細胞就會死亡。這有助於確保身體產生最佳抗體，以靶向和破壞特定抗原。

通常，在血液中發現的抗體是免疫球蛋白G（IgG），這種抗體產生於脾臟和骨髓中，負責保護身體內部。然而，在腦膜中發現的抗體是免疫球蛋白A（IgA），它通常在腸道內壁或鼻或肺的襯裡中產生，這些抗體保護黏膜表面，即與外界環境接觸的表面。

研究小組對腸道和腦膜中的B細胞和漿細胞中的抗體基因進行測序，並證明了它們是相關的。換句話說，最終進入腦膜的細胞是那些在腸道中被選擇性增殖的細胞，在那裡它們識別出特定的病原體。

該研究的通訊作者，Menna Clatworthy教授說：「大腦保護自己免受腦膜之外的感染的確切方法，已經被揭開，在腸道中發現重要的防禦線是令人驚訝的，但實際上，這是完全有道理的：即使輕微地破壞腸道屏障也會使病原體進入血流，如果它們能夠擴散到大腦中，則會造成毀滅性後果。在腦膜中植入抗體產生細胞，這些細胞被選擇來識別腸道微生物，確保了對最可能入侵者的防禦。」

該團隊使用小鼠進行了這項研究。他們發現，當小鼠的腸道中沒有細菌時，腦膜中就不會存在產生IgA的細胞，這表明這些細胞實際上起源於腸道，在腸道中，它們被選中以識別腸道微生物，然後再留在腦膜中。因此當研究人員取出腦膜中的漿細胞時，就沒有IgA可以捕獲病原體了，微生物就能夠從血液擴散到大腦中。

此外，該小組還通過分析在手術期間取出的樣本，證實了人類腦膜中IgA細胞的存在，表明該防禦系統可能在保護人類中樞神經系統免受感染（腦膜炎和腦炎）的侵害中發揮重要作用。

參考資料：

【1】https://medicalxpress.com/news/2020-11-brain-infection-guts.html

【2】https://www.nature.com/articles/s41586-020-2886-4

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