Mózg może kierować układem odpornościowym w nieoczekiwany sposób, będąc w stanie wykryć, nasilić i stłumić stan zapalny, pokazuje nowe badanie na myszach przeprowadzone przez naukowców z Instytutu Zuckermana w Columbii.
„Mózg jest centrum naszych myśli, emocji, wspomnień i uczuć” – stwierdził dr Hao Jin, współpierwszy autor badania opublikowanego dzisiaj w internecie w czasopiśmie Nature. „Dzięki ogromnym postępom w śledzeniu obwodów i technologii jednokomórkowej wiemy teraz, że mózg potrafi znacznie więcej. Monitoruje funkcjonowanie każdego układu w organizmie”.
Przyszłe badania mogłyby zidentyfikować leki działające na ten nowo odkryty obwód mózgowy, aby pomóc w leczeniu szerokiego zakresu zaburzeń i chorób, w przypadku których układ odpornościowy szwankuje.
„To nowe odkrycie może zapewnić ekscytujące możliwości terapeutyczne w kontrolowaniu stanu zapalnego i odporności” – powiedział dr Charles S. Zuker, starszy autor badania, główny badacz w Instytucie Zuckermana w Columbii i badacz z Instytutu Medycznego Howarda Hughesa.
Niedawne prace laboratorium Zukera i innych grup ujawniają znaczenie osi ciało-mózg, istotnej ścieżki przekazującej dane między narządami a mózgiem. Na przykład dr Zuker i jego współpracownicy odkryli, że cukier i tłuszcz dostający się do jelit wykorzystują oś ciało-mózg do wywoływania pragnienia i silnego apetytu na słodkie i tłuste potrawy.
„Odkryliśmy wszystkie te sposoby, za pomocą których organizm informuje mózg o aktualnym stanie organizmu” – powiedział współautor Mengtong Li, doktor nauk medycznych, doktorant w laboratorium Zuker. „Chcieliśmy zrozumieć, jak daleko sięga wiedza mózgu i kontrola biologii organizmu”.
Naukowcy szukali powiązań mózgu ze stanem zapalnym i wrodzoną odpornością, systemem obronnym wspólnym dla wszystkich zwierząt oraz najstarszym składnikiem układu odpornościowego. Podczas gdy nabyty układ odpornościowy zapamiętuje poprzednie spotkania z intruzami, aby pomóc mu stawić im czoła w przypadku ponownej inwazji, wrodzony układ odpornościowy atakuje wszystko, co ma wspólne cechy zarazków. Względna prostota odporności wrodzonej pozwala jej szybciej reagować na nowe zniewagi niż odporność nabyta.
Wcześniejsze badania na ludziach wykazały, że elektryczna stymulacja nerwu błędnego – wiązki tysięcy włókien nerwowych łączących mózg i narządy wewnętrzne organizmu – może zmniejszyć reakcję związaną z konkretną cząsteczką zapalną. Jednak wiele pozostało nieznanych na temat natury tego układu ciało-mózg: na przykład ogólność modulacji odporności i reakcji zapalnej przez mózg, selektywne linie komunikacji między ciałem a mózgiem, logika leżącego u podstaw obwodu nerwowego oraz tożsamość składników nerwu błędnego i mózgu, które monitorują i regulują stan zapalny.
Laboratorium Zukera skupiło się na związku bakteryjnym, który wyzwala wrodzoną odpowiedź immunologiczną. Naukowcy odkryli, że podanie tej cząsteczki myszom aktywowało jądro ogonowe przewodu samotnego, czyli cNST, które jest ukryte w pniu mózgu. cNST odgrywa główną rolę w osi ciało-mózg i jest głównym celem nerwu błędnego.
Naukowcy wykazali, że chemiczne tłumienie cNST spowodowało niekontrolowaną reakcję zapalną na atak immunologiczny: poziom cząsteczek prozapalnych uwalnianych przez układ odpornościowy był ponad trzykrotnie wyższy niż zwykle, a poziom przeciwzapalnych przeciwciał związków były mniej więcej trzy razy niższe niż normalnie. Natomiast sztuczna aktywacja cNST zmniejszyła poziom cząsteczek prozapalnych o prawie 70 procent i zwiększyła poziom substancji chemicznych przeciwzapalnych prawie dziesięciokrotnie.
„Podobnie jak termostat, ten nowo odkryty obwód mózgowy pomaga zwiększyć lub zmniejszyć reakcje zapalne, dzięki czemu organizm reaguje w zdrowy sposób” – stwierdził dr Jin, który rozpoczął to badanie jako pracownik naukowy ze stopniem doktora w laboratorium doktora Zukera. Doktor Jin jest obecnie zatrudnionym na stałe badaczem w Narodowym Instytucie Alergii i Chorób Zakaźnych. „Z perspektywy czasu sensowne jest posiadanie głównego arbitra kontrolującego tę istotną reakcję”.
Poprzednie badania nad stymulacją nerwu błędnego u ludzi sugerują, że odkrycia wykraczają poza myszy. Nowe badania mogą być również zgodne z tysiącletnimi poglądami na temat potencjalnego znaczenia umysłu dla ciała.
„Wiele efektów psychosomatycznych można w rzeczywistości powiązać z obwodami mózgowymi, które przekazują coś organizmowi” – zauważyła dr Jin.
Naukowcy zidentyfikowali określone grupy neuronów w nerwie błędnym i cNST, które pomagają wykrywać i kontrolować aktywność pro- i przeciwzapalną. „To otwiera nowe okno na sposób, w jaki mózg monitoruje i moduluje fizjologię ciała” – powiedział dr Zuker, profesor biochemii, biofizyki molekularnej i neurologii w Vagelos College of Physicians and Surgeons w Kolumbii.
Odkrycie sposobów kontrolowania tego nowo odkrytego obwodu mózgowego może prowadzić do nowych terapii powszechnych chorób autoimmunologicznych, takich jak reumatoidalne zapalenie stawów, cukrzyca typu I, stwardnienie rozsiane, choroby neurodegeneracyjne, toczeń, nieswoiste zapalenie jelit i choroba Leśniowskiego-Crohna, a także schorzeń takich jak długie Zespół Covid-19, odrzucenie immunologiczne przeszczepionych narządów i potencjalnie śmiertelne wybuchy zwane burzami cytokinowymi, które mogą wywołać infekcje Covid-19.
Z badania Lancet z 2023 r. wynika, że choroby autoimmunologiczne mogą dotykać mniej więcej jedną na 10 osób. Według Autoimmune Association w samych Stanach Zjednoczonych choroby autoimmunologiczne mogą kosztować gospodarkę 100 miliardów dolarów rocznie, a liczba ta może być rażąco niedoszacowana.
Wykorzystanie aktywności tego obwodu może mieć znaczenie w przypadku szerokiego zakresu schorzeń wpływających na układ odpornościowy i pomóc w leczeniu rozregulowanych stanów zapalnych u osób cierpiących na choroby i zaburzenia immunologiczne, mówi dr. Jin i Li powiedzieli.