Мозг не только помогает регулировать иммунные реакции, но также сохраняет и извлекает «воспоминания» о них.
Как
показал физиолог
Иван Павлов в 1890-х годах, собаки, которые обычно слышат звонок во время еды, вырабатывают классический условный рефлекс, выделяя слюну после простого звонка: их мозг учится связывать звонок с едой и инструктирует слюнные железы реагировать соответствующим образом.
Более века спустя в статье, опубликованной 8 ноября в Cell, нейроиммунолог Ася Роллс показала, что подобный вид обработки информации распространяется и на иммунные реакции.
Используя современные генетические инструменты на мышах, её команда из Техниона в Хайфе, Израиль, определила нейроны мозга, которые стали активными во время экспериментально вызванного воспаления в брюшной полости.
После исследователи показали, что рестимуляция этих нейронов может снова вызвать те же типы воспаления.
«Это выдающаяся работа», - сказал Кевин Трейси, нейрохирург и президент Института медицинских исследований Файнштейна в Манхассете, штат Нью-Йорк. Он «устанавливает, что классическая концепция иммунологической памяти может быть представлена в нейронах».
Другие учёные ещё до экспериментов Роллс предполагали, что мозг может запоминать и извлекать иммунные ответы, сказал он, но «она это доказала».
Руслан Меджитов, иммунолог Йельской школы медицины в Нью-Хейвене, штат Коннектикут, считает новое исследование «очень провокационным». Но в отличие от других новаторских исследований, которые раздвигают границы и бросают вызов общепринятым концепциям, это исследование вызывает реакцию типа «О, это имеет смысл».
Десятилетия исследований и ежедневный опыт предлагают поразительные примеры взаимодействия между разумом и телом. Примерно в то время, когда Павлов экспериментировал с собаками, американский врач Джон Маккензи наблюдал, как у одной из его пациенток появился зуд в горле и она с трудом могла дышать, увидев искусственную розу - предполагая, что ощущения присутствия пыльцы было достаточно, чтобы спровоцировать симптомы аллергии.
В 1970-х годах учёные обнаружили похожий феномен, проводя эксперименты с отвращением ко вкусу на крысах: они неоднократно давали животным иммунодепрессивный препарат вместе с искусственным подсластителем сахарином; в конце концов они обнаружили, что могут подавить иммунную активность животных с помощью одного сахарина.
Многие из нас знают, что простой запах еды, после употребления которой было отравление, мог снова вызвать тошноту. Но механизм, ответственный за эти психосоматические реакции, всегда был неясным.
Такие переживания «не могут управляться иммунологической памятью в том виде, в каком мы её знаем», - сказала Роллс. Скорее кажется, что эти иммунные реакции начинаются в мозге. Каким-то образом эти мысли запускают настоящие физиологические процессы».
В последние годы сотрудники лаборатории Роллс начали выяснять, как мысли и эмоции могут влиять на физическое здоровье. В 2018 году она и её коллеги сообщили, что стимуляция нейронов в центрах удовольствия мозга у мышей отключила часть иммунных клеток, которые подавляют защитные силы организма; рост опухоли у этих животных замедлился.
В исследовании, опубликованном в мае, команда обнаружила, что активация определенных нервов в толстой кишке предотвращает попадание иммунных клеток крови в ткань, предлагая механизм контроля мозга над местным воспалением. Учитывая, что эти группы нейронов регулируют иммунную активность с такой точностью, Роллс не могла представить, что мозг будет управлять системой, не зная её статуса. «Поэтому мы хотели увидеть, как мозг представляет состояние иммунной системы», - сказала она.
Учёные сосредоточились на островковой коре головного мозга, структуре в глубине мозга, которая обрабатывает боль, эмоции и внутренние физические ощущения тела. «Совершенно очевидно, что иммунная система будет частью этой интероцептивной информации», - сказала Роллс.
Для доказательства этой гипотезы исследователи добавили химическое вещество в питьевую воду лабораторных мышей, чтобы вызвать у них недельный приступ колита. Химическое вещество повредило внутреннюю оболочку толстой кишки и вызвало прилив иммунных клеток к повреждению. Генетическая модификация у мышей позволила Роллс и её команде флуоресцентно маркировать нейроны, активные в день пика воспаления, освещая клетки островковой доли.
Затем они использовали второй генетический инструмент, чтобы сделать что-то более мощное: они поместили молекулярный переключатель на активированные клетки островковой доли. Затем Роллс и её сотрудники выждали определённое время.
Через несколько недель после того, как колит начал проходить и мыши выздоровели, исследователи использовали переключатель, чтобы реактивировать нейроны - и вызвали аналогичную воспалительную реакцию в толстой кишке. Они увидели аналогичные результаты у мышей, у которых в брюшной полости развилось другое воспалительное заболевание, перитонит. По словам Роллс, иммунные ответы, вызванные нервной стимуляцией, «напоминали исходное» болезненное состояние.
Сходство распространялось на молекулярный уровень: у мышей с индуцированным перитонитом лейкоцитов, несущих специфический рецепторный белок, стало больше в слизистой оболочке брюшной полости как во время первоначального воспаления, так и во время воспаления, вызванного во второй раз. Исследователи также наблюдали обратный эффект: когда они вместо этого подавляли начальный набор активированных нейронов, симптомы болезни у животных не были такими серьёзными.
Это говорит о том, что даже во время химически индуцированного воспаления сигналы мозга могут помочь определить его тяжесть.
В серии экспериментов по картированию нервов команда определила, что нейроны островковой доли, которые активизировались во время начального воспаления, на самом деле «имеют способ доставить сообщение на всём пути к толстой кишке», - сказала Роллс.
По мнению Трейси, новое исследование показывает, что «невозможно отделить состояние активности нейронов от состояния активности иммунной системы. Это трасса с двусторонним движением».
Фото: techxplore.com
В 2002 году Трейси и его коллеги сделали прорыв в этой области, открыв, что мозг может посылать противовоспалительные сигналы другим частям тела через блуждающий нерв. Это направление исследований продвинулось до такого уровня, на котором биоэлектронные устройства разрабатываются и изучаются для контроля воспаления при ревматоидном артрите, легочной гипертензии и других заболеваниях.
Однако, в отличие от системы блуждающего нерва, нейроны островковой доли в механизме Роллс ощущают воспаление, запоминают это иммунное состояние и могут реактивировать его - поведение, которое больше похоже на условное рефлексирование Павлова, чем на реакцию отрицательной обратной связи, сказал Меджитов.
Трейси думает об этом так: блуждающий нерв похож на тормозную магистраль в машине. Исследование Роллс показывает, что «водитель есть», - сказал он. «Есть кто-то, кто решает нажать на педаль тормоза или газа». Однако, как отметили Роллс и её коллеги в своей статье, они пока не могут сказать, описывает ли «память» нейронов островковой доли о воспалении сам иммунный ответ, или же это запись ощущений от воспаленных тканей тела - по сути, воспоминание о том, каково было чувствовать себя при этом воспалении. Они также не могут исключить, что в запоминании иммунного ответа могут участвовать и другие части мозга. Что действительно показывает исследование, так это то, что «эта информация закодирована, даже если она не может быть воспринята сознательно», - сказал Меджитов.
«Исследование может иметь далеко идущие последствия. Описывая анатомический путь, который связывает «ваше эмоциональное состояние с воспалением в толстой кишке, - сказал Меджитов, - это для меня, вероятно, лучшая демонстрация психосоматического контроля».
Новые открытия также меняют общепринятый взгляд на мозг. «Большинство людей склонны думать: «Мы такие умные, что сами решаем, что делать», - сказала Трейси. «Но нервная система работает не так». Вместо этого мозг получает и синтезирует информацию об изменениях в организме - инфекции, лихорадке - и выдаёт ответ.»
Работа Роллс показывает, что «мозг неотделим от иммунной системы», - сказал Трейси. «Я думаю, что иммунологи и нейробиологи будут заинтригованы и удивлены».