Мозг может вспоминать и пробуждать прошлые иммунные ответы

16.11.2021

В опубликованной 8 ноября работе нейроиммунологи показали, что иммунный ответ можно вызвать стимуляцией нейронов островковой коры головного мозга. Иными словами, похоже на то, что выявленная И.П. Павловым обусловленность реакций также касается иммунитета. Подробности рассказываем к старту флагманского курса Data Science.

Используя самые современные инструменты генетики, её команда из Техниона в Хайфе, Израиль, выявила у мышей нейроны, которые активизируются во время экспериментально вызванного воспаления в брюшной полости. Исследователи показали, что повторная стимуляция тех же нейронов может снова вызвать те же типы воспаления.

«Это выдающаяся работа, — считает Кевин Трейси, нейрохирург и президент Института медицинских исследований Файнштейна в Манхассете, Нью-Йорк. — Она подтверждает, что классическая концепция иммунологической памяти может быть представлена в нейронах». Ранее учёные лишь предполагали, что мозг может запоминать и извлекать иммунные реакции. По словам Кевина Трейси, Ася Роллс доказала это.

Руслан Меджитов, иммунолог из Йельской школы медицины в Нью-Хейвене, штат Коннектикут, считает новое исследование «очень провокационным». Но в отличие от других новаторских исследований, которые расширяют границы и бросают вызов общепринятым концепциям, это исследование вызывает реакцию «О, это имеет смысл». Десятилетия исследований и повседневный опыт дают яркие примеры взаимодействия разума и тела.

Примерно в то время, когда Павлов экспериментировал с собаками, американский врач Джон Маккензи наблюдал, как у его пациентки при виде искусственной розы чесалось горло и затруднялось дыхание. Предполагается, что ощущения присутствия пыльцы уже достаточно, чтобы спровоцировать симптомы аллергии.

В 1970-х годах учёные обнаружили аналогичный феномен в экспериментах на крысах. Они много раз давали животным препарат, который подавляет иммунитет, вместе с сахарином — искусственным подсластителем. После активность иммунитета подавлялась одним лишь сахарином.

Многие вспомнят моменты, когда запах пищи, от которой нам было нехорошо, снова вызывал неприятные ощущения. Но до сих пор оставался в тени механизм, ответственный за эти реакции.

«Такие переживания «не могут основываться на иммунологической памяти, какой мы её знаем, — считает Роллс. — Похоже на то, что эти реакции начинаются в мозге. Каким-то образом мысли запускают физиологические процессы».

В последние годы лаборатория Аси Роллс разбиралась в том, как мысли и эмоции могут влиять на физическое здоровье. В 2018 году команда сообщила, что стимуляция нейронов мышей в мозговых центрах удовольствия отключает подмножество иммунных клеток, подавляющих защитные силы организма. Опухоли у переживших такую стимуляцию мышей растут медленнее.

В опубликованном в мае исследовании команда Роллс обнаружила, что активация определённых нервов в толстой кишке препятствует проникновению иммунных клеток из крови в ткань. Это позволяет предположить механизм контроля местного воспаления мозгом.

Учитывая, что эти группы нейронов столь точно регулируют иммунную активность, Роллс не могла представить, что мозг может управлять системой, не зная её состояния. «Поэтому мы хотели посмотреть, как мозг представляет состояние иммунной системы», — рассказала она. Команда сосредоточилась на островковой коре — структуре в глубине мозга, которая обрабатывает боль, эмоции и внутренние физические ощущения тела.

«Логично предположить, что иммунная система может быть частью этой интроцептивной информации», — говорит об этом Роллс.

Чтобы выяснить, так ли это, исследователи подмешали в питьевую воду лабораторных мышей химикат, который вызвал у мышей недельный приступ колита. Этот химикат нарушал внутреннюю оболочку толстой кишки — иммунные клетки приливали к повреждениям, которые затем выходили из-под контроля.

Генетическая модификация мышей позволила учёным помечать активные в день пика воспаления нейроны флуоресцентом, подсвечивая клетки в островке. Затем они поместили на активированные клетки островка молекулярный выключатель и стали ждать.

Через несколько недель после выздоровления мышц исследователи включили нейроны повторно, чем вызвали аналогичную воспалительную реакцию в толстой кишке. Те же результаты наблюдались у мышей с перитонитом.

Вызванные нейронной стимуляцией иммунные реакции, по словам Роллс, напоминали исходное состояние болезни. Сходство доходит до молекулярного уровня: у мышей с индуцированным перитонитом количество лейкоцитов, которые несут специфический рецепторный белок, увеличивалось в брюшной полости при первом и повторном воспалениях.

Также исследователи наблюдали обратный эффект: симптомы заболевания у животных протекали легче, когда первоначальный набор активированных нейронов подавлялся учёными. Это свидетельствует о том, что даже когда воспаление химическое, его тяжесть может определяться сигналами мозга.

После ряда экспериментов по картированию нервов команда определила, что нейроны островковой доли коры мозга, которые активизировались во время начального воспаления, на самом деле «имеют возможность передавать сообщение вплоть до толстой кишки», — рассказала Роллс.

По мнению Трейси, новое исследование показывает, что «нельзя отделить состояние активности нейронов от состояния активности иммунной системы. Это улица с двусторонним движением».

В 2002 году Трейси и его коллеги открыли в этой области новое направление. Они обнаружили, что через блуждающий нерв мозг может посылать противовоспалительные сигналы в другие части тела.

Это направление исследований продвинулось настолько, что сегодня разрабатываются и изучаются биоэлектронные устройства, контролирующие воспаления при ревматоидном артрите, лёгочной гипертензии и других заболеваниях.

Однако, в отличие от системы блуждающего нерва, нейроны островковой доли в механизме Роллс чувствуют воспаление, запоминают состояние иммунитета и могут вызвать это состояние снова. По словам Руслана Меджитова, это поведение больше похоже на обусловливание по Павлову, чем на реакцию отрицательной обратной связи.

Трейси считает, что блуждающий нерв — это как тормозная магистраль автомобиля. Исследование Роллс показывает, что «есть водитель», — рассказывает он. «Есть кто-то, кто решает, какую нажать педаль, тормоза или газа».

Роллс и её коллеги пока не могут сказать, описывает ли «память» нейронов островка о воспалении сам иммунный ответ, или же это — запись ощущений воспалённых тканей тела. Иными словами, память о том, каково болеть воспалением. Учёные не исключают, что в запоминании иммунного ответа могут быть задействованы другие части мозга.

Исследование может иметь далеко идущие последствия. Описывая анатомический путь, который связывает «ваше эмоциональное состояние с воспалением в толстой кишке», Меджитов поделился мнением: «На мой взгляд, это, вероятно, лучшая демонстрация психосоматического управления». Кроме того, результаты исследования опровергают распространённое представление о работе мозга «сверху вниз».

«Большинство людей склонны думать: «Мы умные и решаем, что делать», а затем заставляем тело делать задуманное, — рассказывает Трейси. — Но нервная система работает не так».

Мозг получает и синтезирует информацию об инфекции, лихорадке, а затем даёт ответ. Работа Роллс, по словам Трейси, показывает, что мозг неотделим от иммунной системы. А пока биологические нейроны раскрывают свои секреты, обратите внимание на наши курсы, чтобы научиться решать проблемы с помощью искусственных нейросетей: