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.
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