Мозг получает защиту в соответствии со своим высоким статусом в организме. Его клетки долговечны и «укрыты» гематоэнцефалическим барьером. Долгое время ученые считали, что мозг полностью отрезан от «хаоса» остального тела, особенно его нетерпеливой защитной системы с ее лавиной иммунных клеток. Однако в последнее десятилетие ученые обнаружили, что мозг не особая закрытая зона. В его укреплениях есть шлюзы и бреши, а на границах кипит жизнь активных иммунных клеток.
Привилегированное пространство?
Все большее число фактов свидетельствует о том, что мозг и иммунная система тесно взаимосвязаны. В мозге есть собственные иммунные клетки, называемые микроглией, недавние открытия рисуют более детальные картины их функций и раскрывают характеристики иных иммунных «бойцов», размещенных в зонах мозга. Некоторые из этих клеток приходят из других частей тела, другие вырабатываются на месте, в костном мозге черепа. Изучая эти иммунные клетки, исследователи обнаруживают, что они играют важную роль как в здоровом, так и в поврежденном мозге. Интерес к этой области резко возрос: в 2010 году по теме выходило менее 2 000 статей в год, а в 2021-м их число возросло более чем до 10 000 в год, к тому же за последние годы исследователи сделали несколько крупных открытий.
Киаваш Мовахеди, нейроиммунолог из Свободного университета Брюсселя:
Идея иммунных привилегий устарела. Хотя мозг все еще считается иммунологически уникальным — его барьеры не позволяют иммунным клеткам приходить и уходить по своему желанию — очевидно, что мозг и иммунная система постоянно взаимодействуют.
Идея о том, что мозг не подвластен иммунной системе, долгое время считалась неоспоримой. Еще в 1920-х годах было показано, что при имплантации опухолевых клеток в тело крысы иммунный ответ уничтожал их, но, будучи помещенными в мозг, они выживали, что свидетельствовало о слабом или отсутствующем иммунном ответе.
И большинство ученых считали, что в мозге нет системы для переправки иммунных молекул внутрь/наружу — лимфатической дренажной системы, которая существует в других частях тела, а мозг и иммунная система сталкиваются только при враждебных обстоятельствах (например, когда иммунные клетки атакуют собственный организм при рассеянном склерозе).
Поэтому когда в конце 1990-х годов нейроиммунолог Михаль Шварц и ее коллеги из Научного института Вейцмана в Реховоте (Израиль) сообщили, что после острой травмы ЦНС два типа иммунных клеток, макрофаги и Т-клетки, защищают нейроны от повреждения и способствуют их восстановлению, научный мир отнесся к этому скептически. Но со времени тех первых экспериментов группа Шварц и другие исследователи собрали огромное количество доказательств того, что иммунные клетки действительно играют важную роль в работе мозга, даже при отсутствии аутоиммунных заболеваний. Иммунные клетки на границах мозга активны при нейродегенеративных заболеваниях.
Исследовав спинномозговую жидкость людей с болезнью Альцгеймера, Тони Висс-Корэй, профессор неврологии в Стэнфордском университете, и его коллеги обнаружили свидетельства увеличения числа Т-клеток в заполненных жидкостью границах мозга. Рост популяции этих иммунных клеток говорит о том, что они могут играть определенную роль в развитии болезни.
Но вопрос о том, вредят или помогают иммунные клетки мозгу, остается открытым.
Оживление на границах и роль связных
Сегодня уже ясно, что практически любой тип иммунных клеток в организме можно найти в области, окружающей мозг. По словам Киаваша Мовахеди, чья работа посвящена макрофагам на границах мозга, менинги — заполненные жидкостью мембраны, окутывающие мозг, представляют собой «иммунологическую страну чудес». Некоторые обитатели являются эксклюзивными.
В 2021 году Джонатан Кипнис, нейроиммунолог из Вашингтонского университета в Сент-Луисе, и его коллеги сообщили, что существует местный источник иммунных клеток: костный мозг черепа. Исследуя, как костный мозг мобилизует эти клетки, Кипнис и его коллеги продемонстрировали, что в ответ на травму ЦНС или в присутствии патогена сигналы, переносимые в спинномозговой жидкости, поступают в костный мозг черепа, побуждая его производить и высвобождать эти клетки.
Группа Кипниса считает, что эти иммунные клетки местного производства играют более мягкую роль, чем иммунные клетки из других частей организма, регулируя иммунный ответ, а не настраиваясь на борьбу. Это различие, если оно верно, имеет значение для лечения: при таких заболеваниях, как рассеянный склероз, симптомы можно улучшить, предотвратив проникновение иммунных клеток из других частей тела, а при опухоли мозга, напротив, нужны «бойцы».
Исследователи также обнаружили сеть каналов поверхности мозга, которые «кишат» иммунными клетками и образуют собственную лимфатическую систему мозга. Расположенные в мозговой оболочке, они дают иммунным клеткам точку обзора, откуда легко отслеживать любые признаки инфекции или травмы.
Многие группы, включая группу Бет Стивенс, нейробиолога из Бостонской детской больницы в Массачусетсе, обнаружили, что клетки микроглии участвуют в сокращении связей между нейронами и что проблемы в процессе связывания могут способствовать развитию неврологических заболеваний.
Также было показано, что пограничные иммунные клетки играют важную роль в здоровом мозге. Кипнис, Шварц и их коллеги, например, показали, что у мышей, лишенных некоторых из этих клеток, наблюдаются проблемы с обучением и социальным поведением.
Еще в одном исследовании 2020 года сообщалось, что у мышей, которые развиваются без определенной популяции Т-клеток, формируется дефектная микроглия. Она с трудом справляется с контролем нейронных связей в период развития, что приводит к чрезмерному количеству синапсов и аномальному поведению. Авторы предполагают, что в определенный период Т-клетки мигрируют в мозг и способствуют созреванию микроглии.
Но как иммунные клетки «общаются» с мозгом? Большинство исследований показывают, что такими молекулярными мессенджерами являются цитокины. Влияние цитокинов на поведение изучается уже несколько десятилетий. Обнаружено, в частности, что цитокины, посылаемые иммунными клетками во время инфекции, могут инициировать такой симптом, как сонливость. На животных моделях было показано, что изменения в цитокинах (снижение их числа или отключение специфических цитокиновых рецепторов на нейронах) могут привести к изменениям в памяти, обучении и социальном поведении.
А когда Глория Чой, нейроиммунолог из Массачусетского технологического института в Кембридже, и ее коллеги повысили уровень цитокинов у беременных мышей, они увидели изменения в мозге и аутистичноподобное поведение у потомства.
Ученые стремятся составить полную карту взаимодействия между мозгом и иммунной системой с указанием клеток, цепей и молекулярных мессенджеров, работающих в обоих направлениях, и связать их с поведенческими или физиологическими показателями. И даже начали использовать знания об иммунной экосистеме в мозге и вокруг него. Например, команда Шварц омолаживает иммунную систему в надежде побороть болезнь Альцгеймера. По словам Шварц, это захватывающее время в истории исследований мозга, когда открываются новые пути для поиска терапевтических средств, особенно для лечения нейродегенеративных заболеваний.
Иммунная система мозга включает сеть транспортных сосудов (синий цвет) и собственные иммунные клетки, созданные в костном мозге (зеленый цвет).
