近期研究表明,神经免疫网络在维持组织稳态和协调宿主抵御各类病原体方面发挥着关键作用。此外,越来越多的文献表明,神经免疫相互作用对于限制免疫细胞活化是必需的,并能促进维持受感染组织完整性所需的耐受机制。同时,神经系统可以启动抗炎反射,抑制肿瘤坏死因子(TNF)等促炎细胞因子的产生,从而避免可能致命的炎症反应的发生。然而,在外周炎症诱导后,浸润的免疫细胞是否通过调节中枢神经系统(CNS)内的炎症反应和稳态来发挥类似作用,目前仍知之甚少。
蠕虫寄生虫是普遍的病原体之一,已感染人类数千年。旋毛虫(Trichinella spiralis)是旋毛虫病的病原体,是感染宿主范围极广的几种旋毛虫之一,包括哺乳动物、鸟类和爬行动物。由于这种人畜共患特性,旋毛虫曾在埃及木乃伊遗骸中被检测到,被认为早在上新世或早更新世时期就已感染早期原始人类。因此,与许多蠕虫寄生虫一样,旋毛虫与人类共同进化,并由此发展出涉及多个身体系统的复杂宿主-寄生虫关系。
对蠕虫寄生虫的保护性免疫应答需要同时诱导两种反应:一是促进虫体排出的炎症反应,二是防止过度组织损伤的耐受机制。通过研究蠕虫感染,我们对预防病理性炎症和维持受感染组织完整性所需的调控机制获得了宝贵的认识。这些工作极大地增进了我们对替代活化(M2型)巨噬细胞发育和功能的理解,这类细胞在抗蠕虫免疫中促进耐受方面发挥着重要作用。此外,我们及其他研究者的工作也表明,神经免疫相互作用能够限制免疫细胞活化,并且对于预防蠕虫诱导的肺部和肠道免疫病理损伤是必需的。尽管取得了这些进展,但对于许多寄生蠕虫在外周组织中促进耐受机制的免疫学和神经免疫通路,我们仍知之甚少。此外,这些神经免疫相互作用是否是双向的,以及是否涉及免疫细胞浸润到中枢神经系统以防止潜在的致死性神经炎症,目前仍不清楚。
本研究发现,感染旋毛虫的小鼠在单核细胞被荷兰Liposoma清除剂耗竭后,尽管寄生虫负荷相当,但仍会出现快速体重下降和死亡。单核细胞耗竭的感染小鼠未表现出肠道屏障缺陷、肝功能衰竭或肾功能改变的证据。相反,耗竭了单核细胞的旋毛虫感染小鼠表现出小胶质细胞活化增强、脑内促炎细胞因子表达升高,以及恶病质样疾病加重。重要的是,浸润脑内的单核细胞表达免疫调节因子,这些因子的诱导不依赖于2型细胞因子信号,且足以抑制感染诱导的小胶质细胞活化。与长期效应一致的是,在外周炎症消退后,神经保护性单核细胞仍持续存在于中枢神经系统中,且感染小鼠在后续脂多糖(LPS)诱导的神经炎症中表现出显著的保护作用。这些数据表明,蠕虫诱导的炎症足以从根本上改变宿主大脑的免疫微环境。本研究明确了浸润性单核细胞在外周炎症背景下促进中枢神经系统稳态的能力,并突显了神经免疫相互作用中此前未被认识的双向性。

这项发表于《美国国家科学院院刊》(PNAS)的研究揭示,在蠕虫感染所引发的炎症过程中,血液中的单核细胞会进入大脑,并发挥至关重要的保护功能,从而维持中枢神经系统(CNS)的稳态。该研究的主要发现包括:
1.单核细胞的保护作用:蠕虫感染诱导的2型炎症反应会促使单核细胞募集至大脑。这些浸润的单核细胞对于抑制脑内小胶质细胞的过度激活是必需的,能够防止对宿主造成致命性的免疫损伤。
2.分子作用机制:在分子层面,这些炎症诱导的单核细胞会高表达YM1蛋白。该蛋白足以抑制过度活化的小胶质细胞产生肿瘤坏死因子(TNF)——这是一种会加剧神经炎症的关键细胞因子。
3.长期保护效应:研究还发现,这些神经保护性单核细胞会在脑内持续存在。即使在初始感染引发的炎症消退数月后,曾受感染的小鼠在再次面临脂多糖(LPS)诱导的神经炎症挑战时,依然能表现出显著的保护效应,避免遭受过度的炎症攻击。
研究结论:该研究证明,外周感染能够重塑大脑的免疫微环境,而浸润的单核细胞正是连接外周炎症与中枢神经系统稳态维护之间的关键桥梁。
荷兰Clodronate Liposomes(氯膦酸盐脂质体)被用作一种工具药,通过静脉注射来特异性清除小鼠体内的单核细胞,从而证明这些细胞在感染后对大脑的保护作用是必需的。其应用逻辑和具体方式如下:巨噬细胞清除剂ClodronateLiposoems在旋毛虫感染模型中的应用。
研究需要证明,感染后浸润到大脑中的单核细胞,是抑制过度炎症反应、防止小鼠死亡的关键。为此,研究者采用了Clodronate Liposomes技术。这种脂质体包裹的药物被吞噬细胞(主要是单核细胞和巨噬细胞)吞噬后,会在细胞内部释放氯膦酸盐,诱导这些细胞凋亡,从而实现清除。
根据相关研究文献的记载,为验证单核细胞在旋毛虫(T. spiralis)感染模型中的作用,实验通常这样操作:
1.给药方式:通过静脉注射的方式给予Clodronate Liposomes。这是实现全身性、系统性清除循环系统中单核细胞的有效途径。
2.给药时间点:为了在感染全程有效清除单核细胞,研究者会进行多次注射。例如,在感染旋毛虫前4小时进行注射,然后在感染后的第1天、第3天和第4天再次注射,以维持清除效果。
3.对照组设置:实验会设置严格的对照组,即给另一组小鼠注射等量的磷酸盐缓冲液(PBS)脂质体,以排除脂质体本身或注射过程对实验结果的影响。
在当时的实验背景下,这项技术是区分循环单核细胞/巨噬细胞与脑内常驻小胶质细胞功能的可靠方法之一。因为在特定给药方式和时间窗口下,静脉注射的Clodronate Liposomes主要清除血液中的单核细胞,而对脑内的小胶质细胞影响较小。这使得研究者能够明确指出,所观察到的神经保护效应主要来源于从外周浸润而来的单核细胞。
通过这种方法,研究者观察到,清除单核细胞后,感染小鼠的脑内炎症加剧、小胶质细胞过度活化,并最终导致死亡,从而反向证明了这些细胞的保护作用。