Immuuncellen ontstaan in de darmen beschermen tegen meningitis en andere infecties.
De membranen die onze hersenen omringen zijn in een nooit aflatende strijd tegen dodelijke infecties omdat ziektekiemen voortdurend waakzame immuuncellen proberen te ontwijken en langs een speciale beschermende barriëre van hersenvliezen sluipen. Een onderzoek op muizen en menselijk autopsieweefsel door onderzoekers van de National Institutes of Health en Cambridge heeft aangetoond dat sommige van deze immuuncellen getraind zijn om deze infecties te bestrijden door eerst tijd door te brengen in de darmen.
“Deze bevinding opent een nieuw gebied van neuro immunologie en laat zien dat specifieke darm antilichaam producerende cellen regio’s verdedigen die het centraal zenuwstelsel omringen,” zei Dorian McGavern, Ph.D., senior onderzoeker bij NINDS en co-senior auteur van de studie die werd gepubliceerd in Nature.
Het centraal zenuwstelsel (CZS) wordt tegen ziekteverwekkers beschermd door een drie membranen barrière genaamd de meninges en door immuuncellen binnenin die membranen. Het CZS wordt ook door een muur van de rest van het lichaam afgeschermd door gespecialiseerde bloedvaten die goed zijn afgesloten door de bloed hersenen barrière. Dit is echter niet het geval in de dura mater, de buitenste laag van de hersenvliezen. Bloedvaten in dit compartiment zijn niet verzegeld, en grote veneuze structuren, de sinussen genoemd, dragen langzaam bloed terug naar het hart. De combinatie van langzame doorbloeding en nabijheid van de hersenen vereist een sterke immuun bescherming om mogelijke infecties te stoppen.
“Het immuunsysteem heeft zwaar geïnvesteerd in de dura mater”, zei Dr. McGavern. “De veneuze sinussen in de dura werken als afvoerbakken en zijn dus een plaats waar ziekteverwekkers zich kunnen ophopen en mogelijk de hersenen binnendringen. Het is logisch dat het immuunsysteem zich vestigt in dit kwetsbaar gebied.”
In deze studie werkte het team van Dr. McGavern samen met onderzoekers van een laboratorium geleid door Menna R. Clatworthy, M.D., Ph.D., University of Cambridge, UK om te kijken welke immuunceltypen zich in de buitenste lagen van de hersenvliezen van muizen en mensen bevinden. Wat ze ontdekten was nogal verrassend: er waren veel immuuncellen eerder opgeleid om antistoffen te maken tegen specifieke microben. Deze antilichaam producerende cellen, IgA-cellen genoemd, worden meestal gevonden in andere barrières zoals de slijmvliezen van de bronchiale boom van de longen en darmen.
“Deze bevinding was volkomen onverwacht”, zei Dr. McGavern. “Vóór onze studie was aangetoond dat IgA-cellen niet in de dura mater aanwezig waren onder stabiele omstandigheden.”
In vergelijking met normale controle muizen, merkten onderzoekers op dat kiemvrije muizen, die geen eigen microbioom hebben, bijna geen IgA-cellen in hun meninges hadden. Vervolgens hebben ze de darm van deze muizen met microben geënt die nergens anders heen konden waardoor het netwerk van meningeale IgA-cellen volledig werd hersteld. Dit trad niet op wanneer de huid van kiemvrije muizen werd gereconstitueerd met verschillende microben, wat suggereert dat bacteriën in de darmen belangrijk waren in het opleiden van meningeale IgA-cellen.
De volgende stap was om de oorsprong van de darmcellen in de hersenvliezen te bevestigen door te kijken naar de IgA-DNA-sequenties. Er zijn waarschijnlijk miljoenen verschillende sequenties van IgA in het lichaam beschikbaar om een brede reeks bedreigingen het hoofd te bieden. Wanneer twee van deze reeksen overeenkomen, suggereert dit dat de twee vergeleken cellen afkomstig waren uit dezelfde bron.
Toen de onderzoekers DNA-sequenties van IgA-cellen in de hersenvliezen vergeleken met die uit een heel kort deel van de darm, vonden ze een overlap van meer dan 20 procent tussen de twee – veel groter dan zou mogelijk zijn door willekeurig toeval.
“Het is echt opmerkelijk dat we in zo’n klein stukje darm deze grote overlap met cellen in de hersenvliezen konden zien, “zei Dr. McGavern. “Deze gegevens bieden meer overtuigend bewijs dat de hersenen beschermd worden door immuuncellen uit de darmen.”
Net als in de hersenen is de bekleding van de darmen afgedicht om lekkage van de inhoud te voorkomen in het lichaam. Wanneer de voering van de darm wordt doorbroken, treedt aanzienlijke ontsteking en activering van het immuunsysteem op. Toen de onderzoekers in deze studie opzettelijk de darm doorbraken, zagen ze een significante reactie in de meninges om zich te verdedigen tegen de aanwezigheid van microben in het bloed.
De onderzoekers keken ook naar de rol die IgA-cellen spelen bij het beschermen van hersenen tegen bekende infecties door het injecteren van een fluorescerende versie van een schimmel die onder normale omstandigheden leidt tot een sterke reactie van IgA cellen in de hersenvliezen die de schimmel op dezelfde manier vangen als bacteriën. Echter, bij muizen die ook geen IgA-cellen meer hadden vanwege genetische manipulatie of het aanbrengen van een uitputtend medicijn op de schedel (dus dat alleen meningeale IgA-cellen werden aangetast), vond de schimmel zijn weg in het hersenweefsel, wat fatale gevolgen had bij alle behandelde muizen.
“Door simpelweg de IgA-cellen uit de hersenvliezen te verwijderen, en zonder die andere immuuncellen aan te tasten, ging deze schimmel van een gecontroleerde ziekteverwekker over in een dodelijke veroorzaker van een herseninfectie,” zei Dr. McGavern. “Dit toont duidelijk het belang aan van de lokale immuunrespons.”
Dr. McGavern vervolgde door uit te leggen dat cellen die antilichamen uitscheiden in deze sinussen niet wachten tot de infectie actief wordt, maar eerder constant antilichamen creëren in afwachting van vreemde ziekteverwekkers. Dit “altijd aan” -proces is een andere manier waarop deze zeer gevoelige regio wordt beschermd door het immuunsysteem.
Toen muizen werden behandeld met antibiotica, was er een afname van het aantal IgA-cellen in de hersenvliezen, wat suggereert dat uitputten van microben in het lichaam, zelfs voor een korte tijd, het vermogen van het immuunsysteem vermindert om op infectie te reageren. Evenzo, kunnen wij verwachten dat wijzigingen in het microbioom – bijvoorbeeld door een verandering in het regionaal dieet – de samenstelling van IgA-cellen beïnvloedt daar het systeem zich continu aanpast.
Toekomstig werk in het McGavern-laboratorium zal zich richten op mechanismen die voortdurende opvoeding en heropvoeding van IgA-cellen in de meninges mogelijk maken.
Vertaling persbericht Andre Teirlinck