Nature解开谜题：大脑不会受到感染的特殊保护机制——肠道

　　

大脑因为有独特的保护机制，所以可以抵御入侵的细菌和病毒，但是这种防御机制长期以来一直是个谜。现在，一项新研究表明，大脑在保护方面具有令人惊讶的盟友：肠道。

这一发现公布在Nature杂志上，由英国剑桥大学和美国国立卫生研究院的科学家领导完成。

可以说，大脑是人体中最重要的器官，因为它控制着大多数其他人体系统，并且能够进行推理，智力和情感。人类已经开发出各种保护措施来防止对大脑的物理伤害：它位于坚固的头骨中，并包裹在三层称为脑膜的防水组织中。

但是一直以来，科学家们都不清楚机体如何保护大脑免受感染的。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，免疫细胞和针对并消除入侵者的抗体就会出现。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。

这项最新研究发现，脑膜是分泌浆液的免疫细胞（称为浆细胞）的所在地。这些细胞专门位于脑膜内的大血管旁，使它们能够分泌抗体“卫士”来捍卫大脑周围。当研究人员查看这些细胞产生的抗体的特定类型时，他们惊讶的发现，这些抗体通常是在肠道中发现的类型。

浆细胞衍生自称为B细胞的特定类型免疫细胞。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，后者也识别相同的抗原。

在分裂过程中，B细胞将突变引入抗体基因，改变了一个氨基酸，其结合特性就略有不同。这些B细胞中的一些将产生能够更好地与病原体结合的抗体，它们就会继续扩增和繁殖；抗体结合力较差的B细胞死亡。这有助于确保身体产生最佳抗体，靶向和破坏特定抗原。

通常，在血液中发现的抗体是一种称为免疫球蛋白G（IgG）的蛋白，在脾脏和骨髓中产生。但是，在脑膜中发现的抗体是免疫球蛋白A（IgA），通常在肠道内膜或鼻子、肺部内膜中生成，这些抗体可保护粘膜表面以及与外界环境接触的表面。

研究团队对肠道和脑膜的B细胞和浆细胞中的抗体基因进行测序，证明它们之间是相关的。换句话说，最终进入脑膜的细胞是已经在肠道中选择性扩增的细胞，在那里它们已经识别出特定的病原体。

领导这一研究的剑桥大学Menna Clatworthy教授说：“我们揭开了大脑保护自己免受脑膜之外感染的确切方法，但是发现肠道中重要的防御线，这真是令人惊讶。”

“但是，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液，如果它们能够扩散到大脑中，则会造成毁灭性后果。”

这项研究采用了小鼠，小鼠通常被用来研究生理学，因为它们具有许多与人体相似的特征。研究表明，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，在那里它们被选中，识别肠道微生物，然后再留在脑膜中。当研究人员去除脑膜中的浆细胞时，就没有IgA捕获病原体了，微生物就能够从血液中扩散到大脑中。

该团队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免受中枢神经系统（脑膜炎和脑炎）的感染中发挥了重要作用。

原文检索：

Fitzpatrick, Z et al. Gut-educated IgA plasma cells defend the meningeal venous sinuses. Nature; 4 Nov 2020; DOI: 10.1038/s41586-020-2886-4