Immuunsysteemstudie helpt een verrassende verbinding tussen lichaam en geest te verlichten

De hersenen en het lichaam zijn niet zo gescheiden als mensen denken. Wat we hier hebben gevonden, is dat een immuunmolecuul -- IL-17 -- wordt geproduceerd door immuuncellen die zich in gebieden rond de hersenen bevinden, en het zou de hersenfunctie kunnen beïnvloeden door interacties met neuronen om angstachtig gedrag bij muizen te beïnvloeden. We onderzoeken nu of te veel of te weinig IL-17 in verband kan worden gebracht met angst bij mensen."

Jonathan Kipnis, doctoraat, senior auteur, de Alan A. en Edith L. Wolff Distinguished Professor of Pathology and Immunology en een professor in neurochirurgie, van de neurologie en van de neurowetenschappen

IL-17 is een cytokine, een signaalmolecuul dat de immuunrespons op infectie orkestreert door immuuncellen te activeren en aan te sturen. IL-17 is ook in verband gebracht met autisme in dierstudies en depressie bij mensen.

Hoe een immuunmolecuul zoals IL-17 hersenaandoeningen kan beïnvloeden, echter, is iets van een mysterie omdat er niet veel van een immuunsysteem in de hersenen is en de weinige immuuncellen die zich daar bevinden, produceren geen IL-17. Maar Kipnis, samen met eerste auteur en postdoctoraal onderzoeker Kalil Alves de Lima, doctoraat, besefte dat de weefsels die de hersenen omringen wemelen van immuuncellen, onder hen, een kleine populatie bekend als gamma-delta T-cellen die IL-17 produceren. Ze wilden bepalen of gamma-delta T-cellen in de buurt van de hersenen van invloed zijn op gedrag. Kipnis en Alves de Lima voerden het onderzoek uit aan de University of Virginia School of Medicine; beide zijn nu aan de Washington University.

Met behulp van muizen, ontdekten ze dat de hersenvliezen rijk zijn aan gamma-delta T-cellen en dat dergelijke cellen, onder normale omstandigheden, voortdurend IL-17 produceren, het vullen van de weefsels rond de hersenen met IL-17.

Om te bepalen of gamma-delta T-cellen of IL-17 gedrag beïnvloeden, Alves de Lima onderwierp muizen aan gevestigde geheugentesten, sociaal gedrag, foerageren en angst. Muizen die geen gamma-delta T-cellen of IL-17 hadden, waren op alle metingen behalve angst niet te onderscheiden van muizen met een normaal immuunsysteem. In het wild, open velden laten muizen bloot aan roofdieren zoals uilen en haviken, dus hebben ze een angst voor open ruimtes ontwikkeld.

De onderzoekers voerden twee afzonderlijke tests uit waarbij muizen de mogelijkheid kregen om blootgestelde gebieden te betreden. Terwijl de muizen met normale hoeveelheden gamma-delta T-cellen en niveaus van IL-17 zich tijdens de tests meestal aan de meer beschermende randen en afgesloten gebieden hielden, muizen zonder gamma-delta T-cellen of IL-17 waagden zich in de open gebieden, een tijdspanne van waakzaamheid die de onderzoekers interpreteerden als verminderde angst.

Bovendien, de wetenschappers ontdekten dat neuronen in de hersenen receptoren op hun oppervlak hebben die reageren op IL-17. Toen de wetenschappers die receptoren verwijderden zodat de neuronen de aanwezigheid van IL-17 niet konden detecteren, de muizen toonden minder waakzaamheid. De onderzoekers zeggen dat de bevindingen suggereren dat gedragsveranderingen geen bijproduct zijn, maar een integraal onderdeel van neuro-immuuncommunicatie.

Hoewel de onderzoekers muizen niet blootstelden aan bacteriën of virussen om de effecten van infectie direct te bestuderen, ze injecteerden de dieren met lipopolysacharide, een bacterieel product dat een sterke immuunrespons oproept. Gamma-delta T-cellen in de weefsels rond de hersenen van de muizen maakten als reactie op de injectie meer IL-17 aan. Toen de dieren werden behandeld met antibiotica, echter, de hoeveelheid IL-17 werd verlaagd, wat suggereert dat gamma-delta T-cellen de aanwezigheid van normale bacteriën kunnen detecteren, zoals die waaruit het darmmicrobioom bestaat, evenals binnendringende bacteriesoorten, en adequaat reageren om gedrag te reguleren.

De onderzoekers speculeren dat de link tussen het immuunsysteem en de hersenen zou kunnen zijn geëvolueerd als onderdeel van een meervoudige overlevingsstrategie. Verhoogde alertheid en waakzaamheid kunnen knaagdieren helpen een infectie te overleven door gedrag te ontmoedigen dat het risico op verdere infectie of predatie verhoogt in een verzwakte toestand, zei Alves de Lima.

"Het immuunsysteem en de hersenen zijn hoogstwaarschijnlijk samen geëvolueerd, "Zei Alves de Lima. "Het selecteren van speciale moleculen om ons tegelijkertijd immunologisch en gedragsmatig te beschermen, is een slimme manier om ons tegen infectie te beschermen. Dit is een goed voorbeeld van hoe cytokinen, die in feite is geëvolueerd om te vechten tegen ziekteverwekkers, werken ook in op de hersenen en moduleren het gedrag."

De onderzoekers bestuderen nu hoe gamma-delta T-cellen in de hersenvliezen bacteriële signalen uit andere delen van het lichaam detecteren. Ze onderzoeken ook hoe IL-17-signalering in neuronen zich vertaalt in gedragsveranderingen.

• Gut Microbiome Health Index maakt onderscheid tussen gezond en ziek microbioom
• RUDN-geneticus vindt een bifidobacterieel eiwit dat ontstekingen bij COVID-19 kan verminderen