小鼠研究发现肠道疾病和早产儿脑损伤之间的联系

医生们长期以来众所周知，坏死性小肠结肠炎（NEC），一种破坏过早婴幼儿肠衬里的潜在致命的炎症病症，通常与那些生存的婴儿的严重脑损伤的发展相连。然而，患病肠道“将”其毁灭性对新生大脑进行毁灭的方法在很大程度上是未知的。

现在，工作老鼠，约翰霍普金斯医学和瑞士洛桑大学的研究人员已经确定了缺少链接 - 他们说他们说从肠道到大脑的肠道并攻击细胞而不是保护它们。

该研究小组的研究结果发表在2021年1月6日的《科学》杂志上科学转化医学。

在出生时多达12％的婴儿，NEC是一种迅速进展的胃肠症，其中细菌侵入了结肠的壁并引起最终会破坏现场健康组织的炎症。如果足够的细胞变成坏死（死），以便在肠壁中产生孔，细菌可以进入血液并引起威胁危及生命的败血症。

在2018年的一项小鼠研究中，约翰·霍普金斯医学院和弗雷德·哈金森癌症研究中心的研究人员发现，有NEC的动物会产生一种名为toll样受体4 (TLR4)的蛋白质，这种蛋白质与肠道细菌结合，加速肠道破坏。他们还确定TLR4同时激活免疫细胞在大脑中被称为小胶质细胞，导致白质丢失，脑损伤认知功能减少。不明确是如何连接的。

在这项最新的研究中，研究人员推测CD4+ T淋巴细胞——免疫系统细胞，也被称为辅助T细胞——可能与此有关。CD4+ T细胞之所以被称为“助手”，是因为它们帮助另一种名为B淋巴细胞(或B细胞)的免疫细胞对被细菌或病毒等外来入侵者感染的细胞表面蛋白(抗原)作出反应。未成熟的B细胞在CD4+ T细胞的激活下，要么变成浆细胞，产生抗体来标记被感染的细胞，以便从身体中清除;要么变成记忆细胞，“记住”抗原的生物化学性质，以便对未来的入侵作出更快的反应。

CD4 + T细胞还送出化学信使，使另一种类型的T细胞称为杀手T细胞 - 到该区域，以便可以去除目标感染的细胞。然而，如果在错误的地方或在错误时间发生这种活动，则信号可能无意中引导杀手T细胞以攻击健康的细胞。

"We knew from comparing the brains of infants with NEC with ones from infants who died from other causes that the former had accumulations of CD4+ T cells and showed increased microglial activity," says study senior author David Hackam, M.D., Ph.D., surgeon-in-chief at Johns Hopkins Children's Center and professor of surgery at the Johns Hopkins University School of Medicine. "We suspected that these T cells came from the NEC-inflamed regions of the gut and set out to prove it by using neonatal mice as a model of what happens in human infants."

在一系列实验的第一项中，研究人员在幼鼠身上诱导NEC，然后检查它们的大脑。正如预期的那样，这些组织显示出CD4+ T细胞的显著增加，以及与小胶质细胞活性增加相关的一种蛋白的更高水平。在后续的测试中，研究人员发现患有NEC的小鼠有一个虚弱的血脑屏障——通常阻止细菌、病毒和其他在血液中循环的有害物质到达中枢神经系统的生物壁。研究人员推测，这可能解释了肠道中的CD4+ T细胞是如何到达大脑的。

接下来，研究人员确定了CD4+ T细胞的积累是NEC脑损伤的原因。他们首先通过生物方式阻断辅助T细胞进入大脑的运动，然后在另一个单独的实验中，通过将T细胞与一种特殊设计的抗体结合来中和T细胞。在这两种情况下，小胶质细胞的活动都被抑制了，而大脑中的白质被保存了下来。

为了进一步明确CD4+ T细胞在脑损伤中的作用，研究人员从NEC小鼠的大脑中获取T细胞，并将它们注射到缺乏T和B淋巴细胞的小鼠的大脑中。与没有接受任何T细胞的对照组小鼠相比，接受了淋巴细胞的小鼠有更高水平的化学信号来吸引T细胞杀手。研究人员还观察到小胶质细胞的激活、大脑的炎症和白质的丧失——所有这些都是脑损伤的标志。

随后，研究人员试图更好地定义不断积累的CD4+ T细胞是如何破坏白质的。白质实际上是一种被称为髓磷脂的脂肪，它覆盖并保护大脑中的神经元，并促进神经元之间的交流。为了做到这一点，他们使用了类器官，即在实验室中生长的老鼠脑细胞来模拟整个大脑。来自NEC小鼠的脑源性CD4+ T细胞被添加到这些实验室“迷你大脑”中，然后进行几周的检查。

Hackam和他的同事发现，来自T细胞的特定化学信号 - 一种称为干扰素-γ（IFN-Gamma）的细胞因子（炎症蛋白），在细胞体内增加，随着髓鞘的量减少。在没有NEC的小鼠中接受CD4 + T细胞的有机体中没有看到该活性。

在将ifn - γ单独添加到类器官中后，研究人员看到了与NEC小鼠相同的炎症水平的增加和髓磷脂的减少。当他们加入一种ifn - γ中和抗体时，细胞因子的产生显著减少，炎症减少，白质部分恢复。

研究人员得出的结论是，IFN-gamma引导了导致necc相关脑损伤的过程。当对NEC小鼠的大脑组织进行检查时发现，与未患NEC小鼠的组织相比，NEC小鼠的ifn - γ水平更高，这一发现得到了证实。

接下来，研究人员研究了CD4+ T细胞是否能从NEC小鼠的肠道迁移到大脑。为此，他们从有NEC和没有NEC的幼鼠肠道中获得了CD4+ T细胞。这两种细胞分别被注射到两组幼鼠的大脑中——一组能产生Rag1蛋白，另一组不能。rag1缺陷小鼠没有成熟的T或B淋巴细胞。

rag1缺陷小鼠接受了来自NEC小鼠的肠源性辅助T细胞后，表现出了与之前实验中相同的脑损伤特征。来自有NEC和没有NEC的小鼠的T细胞都不会导致Rag1小鼠的脑损伤，来自没有NEC的小鼠的T细胞也不会导致Rag1缺陷小鼠的脑损伤。这表明，NEC小鼠体内的肠源性辅助T细胞是唯一可能导致脑损伤的细胞。

在第二次试验中，从有NEC和没有NEC的小鼠体内提取的肠道T细胞被注射到rag1缺陷小鼠的腹膜中。只有NEC小鼠的肠道T细胞导致脑损伤。

这一发现通过对NEC小鼠的脑源性和肠道源性T淋巴细胞的相同部分进行基因测序得到了证实。有NEC小鼠的辅助T细胞序列平均有25%的基因相似，而没有NEC小鼠的辅助T细胞序列平均只有2%的基因相似。

在最后一个实验中，研究人员单独阻断了ifn - γ。这对严重NEC小鼠的脑损伤发展具有显著的保护作用。研究人员说，这表明一种治疗方法可以使患有这种疾病的早产儿受益。

“我们的研究强烈表明，T细胞来自NEC发炎的肠道可以迁移到大脑并造成损害，“哈马姆说。”我们研究中的小鼠模型之前被证明与人类发生的事情紧密匹配，所以我们认为这是NEC相关的可能机制脑损伤在早产儿发展。“

基于这些发现，哈卡姆提出了预防这类疾病的措施大脑损伤，包括阻断INF-gamma作用的治疗，可能是可能的。

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