Врачам давно известно, что некротизирующий энтероколит (НЭК), потенциально смертельное воспалительное заболевание, разрушающее слизистую оболочку кишечника недоношенного ребенка, часто связан с развитием тяжелой черепно-мозговой травмы у тех младенцев, которые выживают. Однако способы, с помощью которых больной кишечник "сообщает" свое опустошение новорожденному мозгу, остались в значительной степени неизвестными.

Теперь, работая с мышами, исследователи из Медицинского Университета Джона Хопкинса и Лозаннского университета в Швейцарии выявили это недостающее звено-клетку иммунной системы, которая, как они говорят, перемещается из кишечника в мозг и атакует клетки, а не защищает их, как обычно.

Результаты работы команды опубликованы 6 января 2021 года в журнале Science Translational Medicine.

Наблюдаемый у 12% младенцев весом менее 3,5 фунтов при рождении, НЭК-это быстро прогрессирующая желудочно-кишечная чрезвычайная ситуация, при которой бактерии вторгаются в стенку толстой кишки и вызывают воспаление, которое в конечном итоге может разрушить здоровую ткань в этом месте. Если достаточное количество клеток омертвеет (умрет), так что в стенке кишечника образуется дыра, бактерии могут проникнуть в кровоток и вызвать опасный для жизни сепсис.

В исследовании 2018 года на мышах исследователи из Johns Hopkins Medicine и Центра исследований рака Фреда Хатчинсона обнаружили, что животные с НЭК вырабатывают белок под названием toll-подобный рецептор 4 (TLR4), который связывается с бактериями в кишечнике и ускоряет разрушение кишечника. Они также определили, что TLR4 одновременно активирует иммунные клетки в мозге, известные как микроглия, что приводит к потере белого вещества, травме мозга и снижению когнитивных функций. Что было неясно, так это то, как они связаны.

Для этого последнего исследования исследователи предположили, что CD4+ Т—лимфоциты—клетки иммунной системы, также известные как хелперные Т-клетки, - могут быть связующим звеном. CD4+ Т-клетки получают свое" хелперное " прозвище, потому что они помогают другому типу иммунных клеток, называемому В—лимфоцитами (или в—клетками), реагировать на поверхностные белки-антигены-на клетках, инфицированных чужеродными захватчиками, такими как бактерии или вирусы. Активированные CD4+ Т-клетками, незрелые в-клетки становятся либо плазматическими клетками, которые вырабатывают антитела для маркировки инфицированных клеток для удаления из организма, либо клетками памяти, которые "запоминают" биохимию антигена для более быстрой реакции на будущие вторжения.

CD4+ Т-клетки также посылают химические мессенджеры, которые приносят другой тип Т-клеток-известный как Т-клетки-киллеры-в область, чтобы целевые инфицированные клетки могли быть удалены. Однако, если эта активность происходит в неправильном месте или в неправильное время, сигналы могут непреднамеренно направить Т-клетки-киллеры на атаку здоровых клеток.

"Мы знали из сравнения мозга младенцев с НЭК с мозгом младенцев, умерших от других причин, что первые имели скопления CD4+ Т-клеток и демонстрировали повышенную активность микроглии",-говорит старший автор исследования Дэвид Хакам, доктор медицины, доктор философии, главный хирург детского центра Джона Хопкинса и профессор хирургии медицинской школы Университета Джона Хопкинса. "Мы подозревали, что эти Т-клетки происходят из воспаленных некрозом областей кишечника, и намеревались доказать это, используя неонатальных мышей в качестве модели того, что происходит у человеческих младенцев."

В первом из серии экспериментов исследователи индуцировали НЭК у новорожденных мышей, а затем исследовали их мозг. Как и ожидалось, ткани показали значительное увеличение CD4+ Т-клеток, а также более высокие уровни белка, связанного с повышенной активностью микроглии. В последующем тесте исследователи показали, что у мышей с НЭК был ослаблен гематоэнцефалический барьер—биологическая стенка, которая обычно предотвращает попадание бактерий, вирусов и других опасных веществ, циркулирующих в кровотоке, в центральную нервную систему. Исследователи предположили, что это может объяснить, как CD4+ Т-клетки из кишечника могут перемещаться в мозг.

Затем исследователи определили, что накопление CD4+ Т-клеток было причиной травмы головного мозга, наблюдаемой при НЭК. Сначала они биологически блокировали движение Т-клеток-помощников в мозг, а затем в отдельном эксперименте нейтрализовали Т-клетки, связав их со специально разработанным антителом. В обоих случаях активность микроглии была подавлена, а белое вещество мозга сохранено.

Чтобы еще больше определить роль CD4+ Т-клеток в повреждении головного мозга, исследователи собрали Т-клетки из мозга мышей с НЭК и ввели их в мозг мышей, выращенных без т-и В-лимфоцитов. По сравнению с контрольными мышами, которые не получали никаких Т-клеток, мыши, которые получали лимфоциты, имели более высокие уровни химических сигналов, которые привлекают Т-клетки-киллеры. Исследователи также наблюдали активацию микроглии, воспаление мозга и потерю белого вещества-все это маркеры черепно-мозговой травмы.

Затем исследователи попытались лучше определить, как накапливающиеся CD4+ Т-клетки разрушают белое вещество-на самом деле жир, называемый миелином, который покрывает и защищает нейроны в мозге и облегчает связь между ними. Для этого они использовали органоиды, клетки мозга мыши, выращенные в лаборатории, чтобы имитировать весь мозг. Полученные из мозга CD4+ Т-клетки мышей с НЭК добавляли в эти лабораторные "мини-мозги" и затем исследовали в течение нескольких недель.

Хакам и его коллеги обнаружили, что специфический химический сигнал от Т—клеток-цитокин (воспалительный белок), известный как интерферон-гамма (ИФН—гамма) - увеличивается в органоидах по мере уменьшения количества миелина. Эта активность не наблюдалась в органоидах, получавших CD4+ Т-клетки от мышей без НЭК.

После добавления только ИФН-гамма к органоидам исследователи наблюдали тот же повышенный уровень воспаления и снижение миелина, что и у мышей с НЭК. При добавлении ИФН-гамма-нейтрализующего антитела значительно снижалась выработка цитокинов, уменьшалось воспаление и частично восстанавливалось белое вещество.

Исследователи пришли к выводу, что ИФН-гамма направляет процесс, приводящий к травме головного мозга, связанной с НЭК. Их открытие было подтверждено, когда исследование тканей мозга мышей с НЭК выявило более высокие уровни ИФН-гамма, чем в тканях мышей без заболевания.

Затем исследователи исследовали, могут ли CD4+ Т-клетки мигрировать из кишечника в мозг мышей с НЭК. Для этого они получали CD4+ Т-клетки из кишечника новорожденных мышей с НЭК и без НЭК. Оба типа клеток вводили в мозг мышей-младенцев в двух группах-одна группа могла производить белок Rag1, а другая-нет. Rag1-дефицитные мыши не имеют зрелых т-или В-лимфоцитов.

У мышей с дефицитом Rag1, получавших хелперные Т-клетки кишечного происхождения от мышей с НЭК, наблюдались те же характеристики повреждения головного мозга, что и в предыдущих экспериментах. Т-клетки как мышей с НЭК, так и без НЭК не вызывали повреждения головного мозга у мышей с Rag1, а также Т-клетки мышей без НЭК у мышей с дефицитом Rag1. Это показало, что полученные из кишечника хелперные Т-клетки мышей с НЭК были единственными, которые могли вызвать повреждение головного мозга.

Во втором тесте Т-клетки, полученные из кишечника мышей с НЭК и без НЭК, вводили в брюшину—мембрану, выстилающую брюшную полость-мышей с дефицитом Rag1. Только кишечные Т-клетки мышей с НЭК приводили к повреждению головного мозга.

Это открытие было подтверждено генетическим секвенированием одних и тех же участков как мозговых, так и кишечных Т-лимфоцитов мышей с НЭК и без него. Последовательности хелперных Т-клеток от мышей с НЭК в среднем были генетически схожи на 25%, в то время как от мышей без НЭК-только на 2%.

В последнем эксперименте исследователи блокировали только ИФН-гамма. Это обеспечивало значительную защиту от развития черепно-мозговой травмы у мышей с тяжелой НЭК. Это предполагает, говорят исследователи, терапевтический подход, который может принести пользу недоношенным детям с этим заболеванием.

"Наши исследования убедительно свидетельствуют о том, что хелперные Т-клетки из кишечника, воспаленного НЭК, могут мигрировать в мозг и вызывать повреждения", - говорит Хакам. "Ранее было показано, что мышиная модель в нашем исследовании близко соответствует тому, что происходит у людей, поэтому мы считаем, что это вероятный механизм, с помощью которого развивается связанная с НЭК черепно-мозговая травма у недоношенных детей."

Основываясь на этих выводах, Хакам говорит, что меры по предотвращению этого типа черепно-мозговой травмы, включая терапию, блокирующую действие инф-гамма, могут быть возможны.

ИСТОЧНИК