药明康德/报道
你是否曾注意到，每当身体遭遇系统性的病毒感染（如流感）或炎症时，大脑的学习和记忆功能会出现减退？最近，纽约大学朗格尼医学中心(NYU Langone Medical Center)的研究人员发现了可能导致上述现象的一种天然免疫机制，并于《自然》子刊《Nature Medicine》上发表。
小鼠试验的证据表明，进入任何身体部位血液的病毒都会激活一种高表达趋化因子受体CX3CR1的单核细胞。这种天然免疫然后会释放炎症因子TNFα，后者会前往大脑。双光子显微成像显示，TNFα可阻碍初级运动皮质第五层的锥体神经元的突触形成，而这一部位恰在大脑认知功能中具有重要角色。受影响的小鼠在学习能力测试中表现出了显著的指标下降。
▲文章通讯作者Guang Yang教授（图片来源：纽约大学）
“这项动物研究的结果与我们临床经验一致，急性或慢性感染性疾病的患者通常会出现运动技能和记忆力的下降，”文章通讯作者Guang Yang教授表示：“我们的研究结果表明，靶向TNFα的现有抗炎治疗可能防止感染期间的脑功能障碍。”
更具体地来说，上述CX3CR1高表达单核细胞导致了神经元树突棘数目下降，且该过程不依赖于神经胶质细胞。树突棘是一个神经元接受其上游神经信号的重要突触部位，而记忆的形成也离不开树突棘结构的重塑和突触数目的增多。先前研究表明，运动技能的学习伴随着运动皮质中树突棘形成的增加，而后者进行的程度与运动能力表现的提高呈正相关。
▲突触连接中的轴突（蓝）、树突（绿）和树突棘（黄）（图片来源：kurzweilai）
在实验中，研究者采用双链RNA的类似物poly(I：C)在小鼠体内模拟病毒感染，造成免疫系统的激活。结果显示，免疫系统被激活比未激活小鼠的树突棘数目减少的百分比高出了一倍，表明前者的神经元突触网络遭到破坏。此外，对于被训练在旋转棒上跑步的小鼠中，接受了poly(I：C)的那些小鼠所形成的树突棘明显较少，而这一训练过程本身伴随着肌肉协调能力的学习。
▲poly(I：C)分子结构（图片来源：adipogen）
研究人员还在注射poly(I：C)后的几个时间点测量了小鼠体内多种炎症因子的水平，发现TNFα比其他细胞因子水平升高的幅度更大，持续时间更久。他们据此推断，上述系统性免疫反应对脑神经元突触的影响是通过TNFα介导的。与此相符，白细胞中TNFα信号通路活性被选择性敲除的小鼠在暴露于poly(I：C)时，既没有出现树突棘形成减少，也没有运动学习能力的下降。
接下来，研究者们将寻找专门针对CX3CR1高表达单核细胞的药物或疗法，以阻断“病毒感染向后向大脑发出的不良信号”。他们还会研究是否可以使用现有的用于治疗类风湿性关节炎的抗TNF药物，以防止病毒感染引起的大脑认知障碍。
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参考资料：
[1] CX3CR1+ monocytes modulate learning and learning-dependent dendritic spine remodeling via TNF-α
[2] Certain immune reactions to viruses cause learning problems
