【Nature】肠-脑新发现！保护大脑的抗体“卫士”居然源于肠道

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作者：Cathy

导言：当我们在重要场合，需要保持良好状态的时候，胃肠道似乎有自己的想法，往往会带来腹痛腹泻等反应；当我们情绪低落、焦虑压抑时，即便食物美味也会没有胃口或消化不良。“肠-脑”联系早已为人们所熟知，而近日，又有科学家发现，那些保护大脑的抗体“卫士”居然也源于肠道。

先前人们认为中枢神经系统，尤其是大脑，是免疫功能低下的脆弱部位，而近几年的研究显示，大脑受到了脑膜的特殊保护，可以抵御细菌和病毒入侵，但是其防御机制长期以来一直是个谜。近日，由剑桥大学和美国国立卫生研究院的科学家领导的研究小组发现，那些脑膜内浆细胞分泌的，用于保护大脑的抗体“卫士”居然源于肠道。

该研究于11月4日发表在《自然》杂志，题为“Gut-educated IgA plasma cells defend the meningeal venous sinuses”。

大脑可以说是人体最重要的器官，因为它控制大多数其他身体系统，并且能够推理，决定智力和情感。人类已经进化出了各种保护措施来防止外界对大脑的物理伤害：它位于坚固的骨壳-头骨中，并包裹在三层脑膜的防水组织中。

然而，科学家们尚不清楚身体如何保护大脑免受感染。在人体的其他地方，如果细菌或病毒进入血液，我们的免疫系统就会启动，出现免疫细胞和针对并消除入侵者的抗体。但是，脑膜形成了不可渗透的屏障，阻止了这些免疫细胞进入大脑。

在该研究中，研究人员发现，脑膜内大血管旁存在浆细胞，它们能够分泌抗体“卫士”来保护大脑的周围。当观察这些细胞产生的特定抗体的类型时，他们惊讶地发现，这些抗体类型通常是在肠道中发现的类型。

浆细胞（plasma cell），又称效应B细胞，来源于B细胞。每个B细胞的表面都具有该细胞特有的抗体。如果抗原（触发免疫应答的细菌或病毒的一部分）与该表面抗体结合，则B细胞被激活：它将分裂产生新的后代，它们的子代细胞也可识别相同的抗原。

浆细胞  图源：The Immune Response

在分裂过程中，B细胞将一个突变引入抗体基因，从而改变一个氨基酸，使其结合特性略有不同。其中一些B细胞就会产生能够更好地与病原体结合的抗体，它们就会继续繁殖。那些抗体不能很好结合的B细胞就会死亡。这有助于确保身体产生最佳抗体，以靶向和破坏特定抗原。

通常，在血液中发现的抗体是免疫球蛋白G（IgG），这种抗体产生于脾脏和骨髓中，负责保护身体内部。然而，在脑膜中发现的抗体是免疫球蛋白A（IgA），它通常在肠道内壁或鼻或肺的衬里中产生，这些抗体保护粘膜表面，即与外界环境接触的表面。

研究小组对肠道和脑膜中的B细胞和浆细胞中的抗体基因进行测序，并证明了它们是相关的。换句话说，最终进入脑膜的细胞是那些在肠道中被选择性增殖的细胞，在那里它们识别出特定的病原体。

该研究的通讯作者，Menna Clatworthy教授说：“大脑保护自己免受脑膜之外的感染的确切方法，已经被揭开，在肠道中发现重要的防御线是令人惊讶的，但实际上，这是完全有道理的：即使轻微地破坏肠道屏障也会使病原体进入血流，如果它们能够扩散到大脑中，则会造成毁灭性后果。在脑膜中植入抗体产生细胞，这些细胞被选择来识别肠道微生物，确保了对最可能入侵者的防御。”

该团队使用小鼠进行了这项研究。他们发现，当小鼠的肠道中没有细菌时，脑膜中就不会存在产生IgA的细胞，这表明这些细胞实际上起源于肠道，在肠道中，它们被选中以识别肠道微生物，然后再留在脑膜中。因此当研究人员取出脑膜中的浆细胞时，就没有IgA可以捕获病原体了，微生物就能够从血液扩散到大脑中。

此外，该小组还通过分析在手术期间取出的样本，证实了人类脑膜中IgA细胞的存在，表明该防御系统可能在保护人类中枢神经系统免受感染（脑膜炎和脑炎）的侵害中发挥重要作用。

参考资料：

【1】https://medicalxpress.com/news/2020-11-brain-infection-guts.html

【2】https://www.nature.com/articles/s41586-020-2886-4