Kaip smegenys kontroliuoja ligos simptomus?

Susirgę viena ar kita infekcija, dauguma žmonių mano, kad tam tikras natūralias organizmo apsaugos reakcijas, kaip antai karščiavimą, šaltkrėtį ar nuovargį, jie jaučia todėl, kad įsijungia imuninė sistema. Dauguma nežino, kad už viso to iš tikrųjų slypi smegenys, rašoma „Science Daily“.

Štai kaip visa tai vyksta: nervų sistema komunikuoja su imunine sistema, kad išsiaiškintų, ar į organizmą pateko infekcija, ir jei tai pasitvirtina, inicijuoja visą virtinę elgesio ir fiziologinių pokyčių, kurie pasireiškia kaip nemalonūs ligos simptomai. Neuromokslininkai jau ne vienerius metus bando atsakyti į klausimą, kaip ir kur tai vyksta smegenyse? Catherine Dulac ir Xiaowei Zhuang laboratorijose dirbantys Harvardo mokslininkai atsakymo į šį klausimą ieškojo pelių smegenyse.

Leidinyje „Nature“ paskelbtame naujame tyrime mokslininkai ir jų bendradarbiai rašo netoli smegenų pagrindo aptikę nedidelę neuronų populiaciją, kuri gali sukelti ligos simptomus, tokius kaip karščiavimas, apetito praradimas ir šilumos poreikis.

Neuronai, kurie anksčiau nebuvo aprašyti, rasti pagumburio srityje – toje smegenų dalyje, kuri kontroliuoja pagrindines homeostatines funkcijas, palaikančias subalansuotą ir sveiką organizmo funkciją. Tyrėjai nustatė, kad šie neuronai turi receptorius, galinčius tiesiogiai aptikti iš imuninės sistemos gaunamus molekulinius signalus – dauguma neuronų tokių receptorių neturi.

„Mums buvo svarbu nustatyti šį bendrą principą, kad smegenys gali pajusti imunines būsenas“, – „Science Daily“ sakė C. Dulac laboratorijos doktorantė ir tyrimo vadovė Jessica Osterhout. – Anksčiau supratimas apie šiuos procesus buvo menkas.“

Tyrėjai nustatė, kad pagrindinė pagumburio sritis yra šalia pralaidžios smegenų dalies, vadinamos kraujo ir smegenų barjeru, kuris padeda kraujui cirkuliuoti į smegenis.

„Vyksta tai, kad kraujo ir smegenų barjero ląstelės, kurios liečiasi su krauju ir periferine imunine sistema, suaktyvėja ir šios ne neuroninės ląstelės išskiria citokinus bei chemokinus, kurie savo ruožtu suaktyvina neuronų populiaciją“, – paaiškino molekulinės ir ląstelių biologijos profesorė C. Dulac.

Kaip rašo „Science Daily“, tikimasi, kad mokslininkai vieną dieną galės panaudoti žinias apie šio mechanizmo veikimo principą, siekdami reguliuoti šį procesą žmonėms ir pakreipti jį norima linkme tais atvejais, kai jis tampa pavojingas sveikatai.

Pavyzdžiui, karščiavimas paprastai yra normali reakcija, padedanti pašalinti patogeną. Tačiau per aukštai pakilusi kūno temperatūra gali tapti pavojinga. Tą patį galima pasakyti apie apetito praradimą arba sumažėjusį troškulį, kuris iš pradžių gali būti naudingas. Tačiau nuolatinis maistinių medžiagų ar hidratacijos trūkumas ima trikdyti sveikimo procesą.

„Žinodami, kaip tai veikia, galbūt galėsime padėti pacientams, kuriems šie simptomai kelia sunkumų, pavyzdžiui, chemoterapija gydomiems vėžiu sergantiems pacientams, kurie yra netekę apetito ir mes niekuo negalime jiems padėti“, – „Science Daily“ sakė J. Osterhout.

Tyrimas prasidėjo nuo bandymo analizuoti karščiavimo poveikį autizmu sergantiems pacientams. Pastebėta, kad pasireiškus infekcijos simptomams, pavyzdžiui, karščiavimui, autistiškiems pacientams sumažėja autizmo simptomų. Tikslas buvo rasti neuronus, kurie sukelia karščiavimą, ir susieti juos su neuronais, kurie yra susiję su socialiniu elgesiu.

Tačiau J. Osterhout aptiko daugybę neuronų populiacijų, kurios suaktyvėja gyvūnui susirgus. Ji išskyrė apie 1000 neuronų ventralinėje medialinėje pagumburio preoptinėje srityje, nes jie buvo šalia kraujo ir smegenų barjero.

Kad išsiaiškintų, kurios neuronų sritys suaktyvėja, J. Osterhout suleido pelėms uždegimą sukeliančių medžiagų, lipopolisacharido arba policitidilo rūgšties, kurios imituoja bakterinę ar virusinę infekciją. Ji išanalizavo smegenų sritis, kurios išryškėjo smegenų atvaizduose.

Tada J. Osterhout ir jos kolegos, pasitelkę chemo- ir optogenetika vadinamą metodų rinkinį, ištyrė ryšius tarp skirtingų neuronų populiacijų. Naudodami šiuos įrankius, jie sugebėjo signalais pelių smegenyse suaktyvinti arba nuslopinti tokius neuronus ir, stebėdami, kas vyksta, nustatyti jų funkciją.

Tyrėjai nustatė, kad naudojant šiuos įrankius, galima padidinti pelių kūno temperatūrą, padidinti šilumos poreikį ir sumažinti apetitą. Tyrimo išvadose teigiama, kad jų aprašomi neuronai projektuojami 12-oje smegenų sričių – kai kurios jų, kaip žinoma, kontroliuoja troškulį, skausmo pojūtį ir socialinę sąveiką. Tai rodo, kad neuronų veikla smegenyse taip pat gali turėti įtakos ir kitai su liga susijusiai elgsenai.

Eksperimentų metu mokslininkai taip pat pastebėjo šios neuronų populiacijos aktyvumo padidėjimą, kai imuninės sistemos molekulės siųsdavo stipresnius signalus. Tai rodo, kad smegenys ir imuninė sistema komunikuoja viena su kita per parakrininius signalus toje vietoje, į kurią tyrėjai buvo sutelkę dėmesį, – ventralinėje medialinėje preoptinėje srityje ir šalia jos esančiame kraujo ir smegenų barjere. Parakrininis signalizavimas vyksta tada, kai ląstelės siunčia signalą, kad sukeltų pokyčius netoliese esančiose ląstelėse, rašo „Science Daily“.

J. Osterhout prisipažino, kad šis procesas išplėtė jos supratimą apie neuronų veikimo mechanizmus.

„Kaip neuromokslininkė, dažnai galvoju apie neuronus, aktyvuojančius kitus neuronus, o ne apie tai, kad parakrininio tipo ar sekrecijos tipo metodai galėtų iš tiesų būti svarbūs, – sakė ji. – Tai pakeitė mano mąstymą šiuo klausimu.“