Обнаружены клетки мозга, контролирующие лихорадку и другие симптомы болезни

Хотя существует множество причин инфекции, в большинстве случаев они вызывают сходные симптомы, такие как лихорадка, потеря аппетита и усталость. Однако, как именно нервная система изменяет температуру тела и запускает эти связанные с болезнью формы поведения для координации реакции на инфекцию, до сих пор было неизвестно. Недавно исследователи из Гарвардского университета сообщили, что им удалось обнаружить у мышей определенные нейронные клетки, которые, помимо прочего, вызывают лихорадку и потерю аппетита. Это открытие, если оно подтвердится на людях, может улучшить лечение хронических заболеваний.

Во время инфекции нервная система взаимодействует с иммунной системой, чтобы понять, насколько организм подвергается атаке, а затем организует ряд поведенческих и физиологических изменений, которые проявляются в неприятных симптомах болезни. Эти адаптивные изменения направлены на повышение выживаемости. Например, повышение температуры тела - лихорадка - затрудняет выживание патогенных микроорганизмов.

Эти типичные симптомы болезни широко распространены в животном мире, поскольку они представляют собой естественную реакцию организма на инфекцию, необходимую для борьбы с патогенами и обеспечения выздоровления. Хотя можно предположить, что эти симптомы возникают как побочный эффект иммунного ответа организма, на самом деле они вызываются мозгом. Но до сих пор ученые не знали, где и как это происходит в тканях мозга.

Недавно исследователи из Гарвардского университета искали ответ на этот вопрос у мышей. Они обнаружили, как небольшая группа преоптических нейронов вблизи основания мозга "считывает" сигналы иммунной системы организма и как эти сигналы изменяют активность нейронной цепи, вызывая симптомы болезни, в частности, лихорадку и потерю аппетита. Их исследование опубликовано в журнале Nature.

Новые нейроны - участники реакции на инфекцию

Первоначально исследователи из лабораторий Кэтрин Дюлак и Сяовэй Чжуан изучали "эффект лихорадки" у аутистов - явление, при котором симптомы аутизма ослабевают, когда пациент испытывает симптомы инфекции. Целью было найти нейроны, генерирующие жар, и выявить их связь с нейронами, участвующими в социальном поведении.

Для этого команда использовала мышей в качестве модели исследования. Сначала они вызвали "ложную" бактериальную инфекцию, введя мышам небольшое количество компонентов бактериальной мембраны, называемых липополисахаридами (ЛПС). Последовавшая за этим воспалительная реакция включала несколько симптомов болезни, таких как лихорадка, потеря аппетита, повышенное поведение, связанное с поиском тепла, снижение подвижности и нарушение социальных взаимодействий. Затем они использовали секвенирование и флуоресцентную визуализацию, чтобы определить, какие участки мозга были наиболее активны во время инфекции.

Исследователь Джессика Остерхаут обнаружила, что определенная область гипоталамуса, называемая вентральной медиальной преоптической областью (ВМПО), была сильно активирована по сравнению с контрольной группой. Эта область расположена вблизи гематоэнцефалического барьера, который способствует притоку крови к мозгу и действует как барьер против патогенов.

В частности, эти нейроны, которые ранее не были описаны, расположены в гипоталамусе, который контролирует ключевые гомеостатические функции, поддерживающие организм в здоровом, сбалансированном состоянии

В результате команда использовала набор мощных и точных методов, хемогенетику и оптогенетику, для мониторинга и изучения связи между различными популяциями нейронов. Используя эти инструменты, исследователи смогли активировать или ингибировать определенные нейроны в мозге мышей и определить их функции.

Так, исследователи обнаружили, что они могут повышать температуру тела у мышей, увеличивать поведение, связанное с поиском тепла, и снижать аппетит. Нейроны, описанные в исследовании, проецируются на 12 областей мозга, некоторые из которых, как известно, контролируют жажду, ощущение боли и социальное взаимодействие. Это позволяет предположить, что активность нейронов в этой области может влиять и на другие формы поведения при заболеваниях.

Особое нейронное поведение, которое дает надежду

В ходе экспериментов ученые также заметили интенсивную активность и активизацию в этой популяции нейронов, когда молекулы иммунной системы посылали повышенные сигналы. Это позволяет предположить, что мозг и иммунная система общаются друг с другом посредством паракринной сигнализации в вентральной медиальной преоптической области и через гематоэнцефалический барьер. Паракринная сигнализация - это производство специфического сигнала клетками для запуска изменений в соседних клетках.

Остерхаут сказал в своем заявлении: "Как нейробиологи, мы часто думаем о нейронах, активирующих другие нейроны, а не о том, что эти другие методы паракринного типа или секреторного типа действительно важны. Это изменило мой взгляд на проблему".

Более того, исследователи обнаружили в этих нейронах рецепторы, способные распознавать молекулярные сигналы от иммунной системы - способность, которой нет у большинства нейронов. Профессор Дюлак объясняет: "Происходит то, что клетки гематоэнцефалического барьера, контактирующие с кровью и периферической иммунной системой, активируются, и эти ненейрональные клетки выделяют цитокины и хемокины, которые в свою очередь активируют популяцию нейронов, которую мы обнаружили".

Есть надежда, что однажды ученые смогут использовать эти находки на людях, обращая процесс вспять, когда он станет угрожать здоровью. Например, лихорадка, как правило, является здоровой реакцией организма, которая помогает уничтожить патоген. Но когда она поднимается слишком высоко, то подвергает организм опасности. Аналогичным образом, потеря аппетита или снижение жажды может быть первоначально полезным, но постоянный недостаток питательных веществ или воды может поставить под угрозу выздоровление от инфекции.

Джессика Остерхаут заключает: "Если мы узнаем, как это работает, то, возможно, сможем помочь пациентам, которые испытывают трудности с подобными симптомами, например, пациентам, проходящим химиотерапию или больным раком, у которых очень плохой аппетит".