Небольшое скопление нейронов, расположенных в гипоталамусе, может быть ответственным за возникновение известных всем симптомов болезни: потерю аппетита, подъем температуры и озноб, от которого хочется спрятаться под одеялом. Когда люди начинают ощущать эти симптомы, то предполагают, что так проявляется работа иммунной системы, хотя на самом деле за всем этим стоит мозг. Связи мозга и иммунитета, которую установили исследователи из Гарварда, посвящена статья, опубликованная в журнале Nature.
Credit: public domain
Иммунная система, по-видимому, обменивается информацией с нервной о том, что в организме появились инфекционные агенты, и мозг организует серию поведенческих и физиологических изменений, которые проявляются в виде нелюбимых нами симптомов болезни. Но давним вопросом для нейробиологов оставалось то, как и где это происходит в мозге? Гарвардские исследователи искали ответы, проводя эксперименты на мозге мышей.
Они обнаружили небольшое скопление нейронов вблизи основания мозга, которые, возможно, вызывают симптомы лихорадки, потери аппетита и озноба. Находятся они в области гипоталамуса – части мозга, контролирующей ключевые вегетативные функции организма: например, поддержание баланса жидкостей, содержание различных соединений в крови, органах дыхания, зрения, пищеварения, мочевыведения и других, поддержание обмена веществ, терморегуляцию и так далее.
Исследователи выяснили, что у этих нейронов есть рецепторы, которые способны непосредственно обнаруживать молекулярные сигналы, поступающие от иммунной системы. Интересно, что такой способностью подавляющее большинство нейронов не обладает.
«Не-нейрональные клетки, помогающие формировать гематоэнцефалический барьер и находящиеся в контакте с кровью и, соответственно, с периферической иммунной системой, активируются и выделяют цитокины и хемокины, которые, в свою очередь, активируют обнаруженную нами популяцию нейронов», — поясняют авторы работы.
Первоначально эту работу начали ради попытки изучения так называемого эффекта лихорадки у пациентов с аутизмом. Это явление, при котором у людей с этим заболеванием наблюдается облегчение симптомов аутизма при повышении температуры. Цель состояла в том, чтобы найти нейроны, вызывающие лихорадку, и связать их с нейронами, которые участвуют в социальном поведении. Вместо этого удалось обнаружить скопления нейронов, которые активируются, когда организм заболевает.
Чтобы найти эти нейроны, мышам вводили провоспалительные агенты – липополисахарид или полицитидиловую кислоту, – которые имитируют бактериальную или вирусную инфекцию. При этом анализировали области мозга, активирующиеся после ввода препаратов.
Затем ученые использовали набор хемо- и оптогенетики для изучения связей между различными популяциями нейронов. Таким образом они смогли активировать или отключать нейроны по команде (световой или химической) в мозге мышей и определять их функцию, анализируя то, что произошло. Исследователи обнаружили, что у активировавшихся нейронов на мембране присутствуют рецепторы, которые способны непосредственно «ловить» молекулярные сигналы, поступающие от иммунной системы. Воздействуя на эти нейроны при помощи хемо- и оптогенетики, ученые смогли понизить температуру тела у «заболевших» мышей, снять симптомы озноба и улучшить аппетит.
Описанные нейроны, которые находятся в вентральной медиальной преоптической области гипоталамуса, связаны с 12 областями мозга, некоторые из которых контролируют как жажду и болевые ощущения, так и социальные взаимодействия. Это говорит о том, что эти нервные клетки могут влиять и на другие симптомы болезни.
Однажды ученые смогут использовать знания о том, как работает этот механизм, чтобы обернуть процесс на пользу людям: допустим, обратить его вспять, когда он становится опасным или вредным для здоровья. Например, лихорадка, как правило, считается нормальной физиологической реакцией, направленной на устранение патогена, но иногда повышение температуры оказывается чрезмерным и слишком опасным. То же самое можно сказать и о потере аппетита или о сильной жажде.
«Если мы подробнее изучим, как работают эти взаимосвязи, возможно, мы сможем помочь пациентам, у которых, скажем, из-за онкологического заболевания или химиотерапии практически отсутствует аппетит», — отмечают исследователи.
Ученые планируют продолжить изучение и других областей мозга, на которые проецируются обнаруженные ими нейроны, и применить полученные знания для повторного изучения лихорадки у пациентов с расстройствами аутистического спектра.
Текст: Софья Королева
A preoptic neuronal population controls fever and appetite during sickness by Catherine Dulac et al. in Nature. Published June 2022
Разрушительное действие ишемического инсульта можно предотвратить. К такому выводу пришел коллектив исследователей из Южной Калифорнии, показав, что локальное «отключение» иммунной системы в месте ишемии уменьшает…
Представители Университета Лома Линда обосновали, почему шоколад полезен для мозга. Причем, не только для него. Ученые в двух работах, представленных на ежегодном собрании Американского общества биохимии и молекулярной…
Когда речь идет о демиелинизирующих заболеваниях, часто приходит в голову только рассеянный склероз как патология, которая больше всего находится на слуху. Но процессы демиелинизации, то…
Как свидетельствуют недавние исследования, проведенные на зародышах лягушек, мозг может напрямую направлять клетки иммунной системы к месту, где развивается инфекция, и в роли одной из…
Изучив более 12 000 особей дрозофил, ученые из Медицинской школы Перельмана при Пенсильванском университете идентифицировали ген под названием nemuri (от японского nur – сон), который заставляет нас больше…