Отрывок из книги биолога Екатерины Умняковой посвященный мозгу, его устройству и связи с иммунной системой
Совместно с издательством «АСТ» мы публикуем отрывок из книги биохимика-иммунолога Екатерины Умняковой «Как работает иммунитет», в которой развенчиваются мифы об иммунной системе.Миф шестой: мозг — обособленный орган. Действие иммунной системы на него не распространяется
Человеческий мозг часто называют сложнейшей системой во Вселенной, а с его работой связано огромное количество мифов. Принято считать, что мозг не нуждается в иммунной системе, потому что этот орган обособлен.
Мозг, как и некоторые другие ткани и органы — роговица глаза, яички, щитовидная железа — называют иммунопривилегированным органом из-за того, что от основных компонентов иммунной системы он обособлен с помощью гемато-энцефалического барьера. Этот барьер в том числе ограждает ткани органа от контакта с кровью, в которой содержатся клетки и молекулы иммунитета. Иммунные реакции в иммунопривилегированных органах происходят несколько иначе, чем в остальном организме. Поскольку мозг очень чувствителен к различным повреждениям, его иммунный ответ ослаблен.
Хотя существование тесной связи между иммунной и нервной системами было обнаружено давно, до начала XIX века центральные отделы нервной системы — в частности, мозг — считался органом полностью изолированными от иммунных процессов. Ранее в мозге не были обнаружены и структуры, относящиеся к иммунной системе, за исключением микроглии и иммунных клеток. Но в наши дни в научных изданиях появляется все больше данных о клеточных компонентах врожденного и приобретенного иммунитета, представленных в мозге.
Человеческий мозг часто называют сложнейшей системой во Вселенной, а с его работой связано огромное количество мифов. Принято считать, что мозг не нуждается в иммунной системе, потому что этот орган обособлен.
Мозг, как и некоторые другие ткани и органы — роговица глаза, яички, щитовидная железа — называют иммунопривилегированным органом из-за того, что от основных компонентов иммунной системы он обособлен с помощью гемато-энцефалического барьера. Этот барьер в том числе ограждает ткани органа от контакта с кровью, в которой содержатся клетки и молекулы иммунитета. Иммунные реакции в иммунопривилегированных органах происходят несколько иначе, чем в остальном организме. Поскольку мозг очень чувствителен к различным повреждениям, его иммунный ответ ослаблен.
Хотя существование тесной связи между иммунной и нервной системами было обнаружено давно, до начала XIX века центральные отделы нервной системы — в частности, мозг — считался органом полностью изолированными от иммунных процессов. Ранее в мозге не были обнаружены и структуры, относящиеся к иммунной системе, за исключением микроглии и иммунных клеток. Но в наши дни в научных изданиях появляется все больше данных о клеточных компонентах врожденного и приобретенного иммунитета, представленных в мозге.
Что нам известно о работе иммунной системы в мозге?
Как и другие ткани и органы, мозг состоит из клеток. Нейроны — это нервные клетки с одним длинным отростком (аксоном) и множеством коротких отростков (дендриты). Нейроны генерируют и распространяют электрические сигналы.
Приблизительно половина клеток мозга представлена клетками глии. Они не передают нервные импульсы, а обеспечивают нейроны всем необходимым для функциональной активности — так, например, астроциты удерживают нейроны в определенном положении и снабжают нейроны питательными веществами. Астроциты, к слову, называют «клетками-няньками». Олигодендроциты обеспечивают изоляцию нервных волокон для того, чтобы увеличивать скорость проведения электрических сигналов. Эти клетки заворачивают волокна в миелин — специальное изолирующее вещество. Без миелина нервный импульс идет по аксону в разы медленнее. Уже упомянутая микроглия происходит из стволовых клеток крови, которые попадают в мозг на ранних этапах развития. Клетки-микроглии — это изолированные макрофаги мозга, которые участвуют в удалении ненужных, лишних нейронов и нервных окончаний. Эти процессы очень важны при созревании мозга. Кроме того, клетки микроглии защищают ткани органа от инфекционных агентов. При фагоцитозе («поедании») инфекционного агента микроглия вырабатывает сигналы, вызывающие воспаления в отдельных участках головного мозга.
Как и другие ткани и органы, мозг состоит из клеток. Нейроны — это нервные клетки с одним длинным отростком (аксоном) и множеством коротких отростков (дендриты). Нейроны генерируют и распространяют электрические сигналы.
Приблизительно половина клеток мозга представлена клетками глии. Они не передают нервные импульсы, а обеспечивают нейроны всем необходимым для функциональной активности — так, например, астроциты удерживают нейроны в определенном положении и снабжают нейроны питательными веществами. Астроциты, к слову, называют «клетками-няньками». Олигодендроциты обеспечивают изоляцию нервных волокон для того, чтобы увеличивать скорость проведения электрических сигналов. Эти клетки заворачивают волокна в миелин — специальное изолирующее вещество. Без миелина нервный импульс идет по аксону в разы медленнее. Уже упомянутая микроглия происходит из стволовых клеток крови, которые попадают в мозг на ранних этапах развития. Клетки-микроглии — это изолированные макрофаги мозга, которые участвуют в удалении ненужных, лишних нейронов и нервных окончаний. Эти процессы очень важны при созревании мозга. Кроме того, клетки микроглии защищают ткани органа от инфекционных агентов. При фагоцитозе («поедании») инфекционного агента микроглия вырабатывает сигналы, вызывающие воспаления в отдельных участках головного мозга.
Раньше считалось, что присутствие иммунной системы в мозге было ограничено клетками микроглии. Но сегодня наука располагает данными о том, что эта точка зрения была ошибочной.
В 2015 году группа ученых из Вирджинского университета во главе с Джонатаном Кипнисом обнаружила в оболочках мозга мыши «лимфатический дренаж» — систему, которая представлена каналами, собирающими лимфу и спинномозговую жидкость от мозговых оболочек. Исследователи предположили, что подобный механизм может функционировать в мозге человека. Доказательства этой гипотезы появились в 2017 году. Доктор Дэниэл Рэйх провел вместе со своей научной группой серию экспериментов с использованием магнитно-резонансной томографии и выявил лимфатические сосуды в мозговых оболочках обезьян и людей. Другое исследование показало, что иммунные клетки в мозге могут улучшать течение нейродегенеративных заболеваний, в том числе и болезни Альцгеймера. Ученые обнаружили, что у страдающих Альцгеймером макрофаги и T-хелперы сокращают число амилоидных бляшек — скоплений неправильно сформированного пептида бета-амилоида. Амилоидные скопления — основной патогенный фактор при развитии заболевания Альцгеймера. Они мешают передаче нервных импульсов, что в конечном итоге приводит к гибели нейронов и нейродегенерации.
Помимо клеток иммунитета, важную роль в нормальном функционировании мозга играют и молекулы иммунитета. Так, например, цитокин IFN-γ — сигнальная молекула, которая осуществляет защиту от вирусов — участвует в регуляции социального поведения. Ученые из Вирджинского и Массачусетского Университетов выявили взаимосвязь дефицита цитокина с социальными расстройствами и нарушениями нейрональных связей, которые также наблюдались у животных с иммунодефицитом. Это возможно было устранить при введении интерферона в спинномозговую жидкость.
Еще одна сигнальная молекула, которая обладает провоспалительной активностью — IL-1. Она синтезируется в мозге и обладает как локальным, так и системным действием — запускает лихорадку, медленно-волновой сон, вызывает подавление аппетита и нейроэндокринный ответ. IL-1 играет важную роль в развитии нейровоспаления. Эта сигнальная молекула запускает воспаление, которое способствует гибели нейронов при нейродегенеративных заболеваниях — рассеянном склерозе, болезни Альцгеймера, болезни Паркинсона, а также при черепно-мозговых травмах и инсультах.
В 2015 году группа ученых из Вирджинского университета во главе с Джонатаном Кипнисом обнаружила в оболочках мозга мыши «лимфатический дренаж» — систему, которая представлена каналами, собирающими лимфу и спинномозговую жидкость от мозговых оболочек. Исследователи предположили, что подобный механизм может функционировать в мозге человека. Доказательства этой гипотезы появились в 2017 году. Доктор Дэниэл Рэйх провел вместе со своей научной группой серию экспериментов с использованием магнитно-резонансной томографии и выявил лимфатические сосуды в мозговых оболочках обезьян и людей. Другое исследование показало, что иммунные клетки в мозге могут улучшать течение нейродегенеративных заболеваний, в том числе и болезни Альцгеймера. Ученые обнаружили, что у страдающих Альцгеймером макрофаги и T-хелперы сокращают число амилоидных бляшек — скоплений неправильно сформированного пептида бета-амилоида. Амилоидные скопления — основной патогенный фактор при развитии заболевания Альцгеймера. Они мешают передаче нервных импульсов, что в конечном итоге приводит к гибели нейронов и нейродегенерации.
Помимо клеток иммунитета, важную роль в нормальном функционировании мозга играют и молекулы иммунитета. Так, например, цитокин IFN-γ — сигнальная молекула, которая осуществляет защиту от вирусов — участвует в регуляции социального поведения. Ученые из Вирджинского и Массачусетского Университетов выявили взаимосвязь дефицита цитокина с социальными расстройствами и нарушениями нейрональных связей, которые также наблюдались у животных с иммунодефицитом. Это возможно было устранить при введении интерферона в спинномозговую жидкость.
Еще одна сигнальная молекула, которая обладает провоспалительной активностью — IL-1. Она синтезируется в мозге и обладает как локальным, так и системным действием — запускает лихорадку, медленно-волновой сон, вызывает подавление аппетита и нейроэндокринный ответ. IL-1 играет важную роль в развитии нейровоспаления. Эта сигнальная молекула запускает воспаление, которое способствует гибели нейронов при нейродегенеративных заболеваниях — рассеянном склерозе, болезни Альцгеймера, болезни Паркинсона, а также при черепно-мозговых травмах и инсультах.
Молекула, составляющая основу комплекса C1 системы комплемента — C1q, участвует в «мечении» ненужных гибнущих нейронов и нервных окончаний, после чего микроглия находит эти структуры и их удаляет. Молекула MHC, с помощью которой происходит распознавание антигена, также участвует в образовании новых связей между нейронами.
Если компоненты и врожденного, и приобретенного иммунитета находятся в мозге, почему иммунный ответ в этом органе ослаблен? Дело в том, что иммунитет в головном мозге работает локально и менее интенсивно, чем во многих других органа из-за его частичной обособленности. Например, здесь дендритные клетки могут захватывать инфекционные агенты, но при этом они не способны передавать информацию о потенциальных вредителях лимфоцитам. Привлечь другие иммунные клетки кроме тех, что уже есть в головном мозге, невозможно из-за препятствий в виде гематоэнцефалического барьера.
Если компоненты и врожденного, и приобретенного иммунитета находятся в мозге, почему иммунный ответ в этом органе ослаблен? Дело в том, что иммунитет в головном мозге работает локально и менее интенсивно, чем во многих других органа из-за его частичной обособленности. Например, здесь дендритные клетки могут захватывать инфекционные агенты, но при этом они не способны передавать информацию о потенциальных вредителях лимфоцитам. Привлечь другие иммунные клетки кроме тех, что уже есть в головном мозге, невозможно из-за препятствий в виде гематоэнцефалического барьера.
Гость Рубки — биолог Дмитрий Жуков. Вместе с соучредителем ПостНауки Романом Авдеевым будем выяснять, как стресс влияет на организм человека.
На вебинаре «Психологические травмы детства. Авторский метод работы “Арт-реконструкция чувств”» 