生病帶來的麻煩有時不只是肌肉疼痛和咳嗽,而是頭腦變得昏昏沉沉、偏執、提不起興趣和疲勞——也就是研究人員們所稱的患病行為。一項新的研究揭示了一種分子層面的機制,解釋了為什么在生病時,人們會感到這么難受。
“這是一個很好的研究,涵蓋了很多方面。”都柏林圣三一學院的神經免疫學家Colm Cunningham說(沒有參與這項研究),“他們的研究結果很有說服力。”
盡管患病行為使人十分難受,但是研究人員認為,在病毒或細菌感染時出現的癥狀是有益的,使人們能夠將精力投入到抵抗入侵的病原體中。對于癌癥患者和自身免疫性疾病患者來說,患病行為可能是接受免疫分子治療,即干擾素治療的副作用。而當正常人感染患病時,體內可以自行產生并釋放這些免疫分子。
這一情況就令研究者們十分困惑,因為他們認為血腦屏障是一種保護系統,它會阻止大多數病原體和免疫分子進入大腦,會阻礙免疫系統發出的信號。雖然科學家們已經發現一些機制,這些機制能讓免疫系統的信號越過血腦屏障,影響病人的行為,但是人們還是不完全了解免疫系統是如何和大腦溝通的,伊利諾伊大學香檳分校的神經免疫學家Keith Kelley說(沒有參與這項研究)。
為了深入研究患病行為的機理,德國佛雷堡大學的神經病理學家Marco Prinz和同事將小鼠暴露在能導致短暫疾病的病毒下。研究者用嚙齒動物抑郁程度的標準測試來衡量病毒感染的效果。它們將被放在水中,嚙齒類動物通常需要努力掙扎才能游上水面,但抑郁的嚙齒動物卻很快就會放棄掙扎,漂浮在水面上。感染的小鼠的漂浮時間比未感染的多兩倍,表明病毒感染已經改變小鼠的行為了。
研究人員發現病毒促使小鼠產生一種干擾素,即干擾素-β。在腦保護膜上,干擾素-β會刺激受體分子以及附近血管上的細胞,構成了一部分的血腦屏障。
為了確定這些受體是否會引發患病行為,Prinz和同事用正常小鼠和轉基因所以缺乏受體的小鼠來試驗。在注射了能引發同一個免疫反應的RNA后,科學家們用來兩套實驗來來測量它們的精神能力和情緒。研究人員在《免疫學》中報道說,在“水面漂浮”的實驗中,正常老鼠比轉基因小鼠多了大約50%的漂浮時間,表明如果它們有該受體的話,它們就更容易變得抑郁。在另一個測試學習力的實驗中,小鼠要記住水池中平臺的位置。在這個實驗中,注射RNA并沒有影響到缺乏受體的小鼠的記憶能力,但正常小鼠的能力下降了約50%。“它們的認知能力嚴重受損。”研究的合著者、佛雷堡大學神經免疫學家Thomas Blank說。
Prinz、Blank和其他的同事們發現了一種能把免疫信號傳輸過血腦屏障的機制的兩個部分,但他們仍然需要明確,到底是哪種分子導致了大腦的變化。他們發現,血管細胞會回應干擾素-β的刺激,產生另一種稱為CXCL10的分子。于是,研究人員測量了海馬神經元的電活動,海馬體是大腦的一部分,有助于記憶并能產生人們的情感。CXCL10會改變神經元的反應效果,減少生物的學習能力。“我們可以在細胞層面和電生理層面上解釋,是什么為患病行為的產生打下了基礎。”Blank說。
這項研究十分重要,因為它發現了免疫系統和大腦之間一個新的溝通途徑,Kelley說。Cunningham補充說,這項研究的數據和他的小組的研究數據吻合。Cunningham的研究小組從去年就開始做患病行為中干擾素β受體的相關研究。但現在,研究人員揭示了CXCL10分子的作用,發現了大腦表面受體的作用。
然而,德克薩斯大學MD安德森癌癥中心的神經免疫學家Robert Dantzer對新發現的機制持懷疑態度。他說:“免疫細胞產生的細胞因子只在局部產生作用。”細胞因子只會存在于體內免疫細胞與病毒戰斗的部位,不會前往大腦并引發患病行為。
但研究人員認為已經有了正確的研究方向。Blank說,現在一個主要的問題是,對于接受干擾素治療的、患有癌癥或自身免疫性疾病的患者,研究人員能否停止他們的患病行為。
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