Verbindung zwischen Gehirn und Immunsystem

Artikel veröffentlicht von NeuroScience News –

Forscher finden fehlendes Glied zwischen Gehirn und Immunsystem

Tiefgreifende Auswirkungen auf neurologische Erkrankungen von Autismus über Alzheimer bis Multiple Sklerose.

In einer verblüffenden Entdeckung, die jahrzehntelange Lehrbuchlehren auf den Kopf stellt, haben Forscher der University of Virginia School of Medicine festgestellt, dass das Gehirn durch Gefäße, die zuvor als nicht existent galten, direkt mit dem Immunsystem verbunden ist. Dass solche Gefäße der Entdeckung entgangen sein könnten, obwohl das Lymphsystem im gesamten Körper so gründlich kartiert wurde, ist an sich schon überraschend, doch die wahre Bedeutung der Entdeckung liegt in den Auswirkungen, die sie auf die Erforschung und Behandlung neurologischer Erkrankungen von Autismus über Alzheimer bis Multiple Sklerose haben könnte.

„Anstatt zu fragen: ‚Wie untersuchen wir die Immunantwort des Gehirns?‘ ‚Warum haben Patienten mit Multipler Sklerose Immunangriffe?‘ können wir dies nun mechanistisch angehen. Denn das Gehirn ist wie jedes andere Gewebe über meningeale Lymphgefäße mit dem peripheren Immunsystem verbunden“, sagte Jonathan Kipnis, PhD, Professor am UVA Department of Neuroscience und Direktor des UVA Center for Brain Immunology and Glia (BIG). „Es verändert völlig die Art und Weise, wie wir die neuro-immunologische Interaktion wahrnehmen. Wir haben sie zuvor immer als etwas Esoterisches wahrgenommen, das nicht untersucht werden kann. Aber jetzt können wir mechanistische Fragen stellen.“

„Wir glauben, dass diese Gefäße bei jeder neurologischen Erkrankung mit einer Immunkomponente eine große Rolle spielen könnten“, sagte Kipnis. „Schwer vorstellbar, dass diese Gefäße nicht an einer [neurologischen] Krankheit mit einer Immunkomponente beteiligt wären.“

Neue Entdeckung im menschlichen Körper

Kevin Lee, PhD, Vorsitzender des UVA Department of Neuroscience, beschrieb seine Reaktion auf die Entdeckung von Kipnis' Labor: „Als diese Leute mir das grundlegende Ergebnis zum ersten Mal zeigten, sagte ich nur einen Satz: ‚Sie werden die Lehrbücher ändern müssen.‘

Es gab noch nie ein Lymphsystem für das zentrale Nervensystem, und es war von dieser ersten einzigartigen Beobachtung an sehr klar – und sie haben seitdem viele Studien durchgeführt, um die Erkenntnis zu untermauern –, dass dies die Art und Weise, wie Menschen die Beziehung des zentralen Nervensystems zum Immunsystem betrachten, grundlegend verändern wird.“

Selbst Kipnis war zunächst skeptisch. „Ich habe wirklich nicht geglaubt, dass es im Körper Strukturen gibt, die uns nicht bekannt sind. Ich dachte, der Körper sei kartiert“, sagte er. „Ich dachte, diese Entdeckungen endeten irgendwo um die Mitte des letzten Jahrhunderts. Aber anscheinend nicht.“

„Sehr gut versteckt“

Die Entdeckung wurde durch die Arbeit von Antoine Louveau, PhD, einem Postdoktoranden in Kipnis‘ Labor, ermöglicht. Die Gefäße wurden entdeckt, nachdem Louveau eine Methode entwickelt hatte, um die Meningen – die das Gehirn bedeckenden Membranen – einer Maus auf einem einzigen Objektträger zu montieren, so dass sie als Ganzes untersucht werden konnten. „Es war eigentlich ziemlich einfach“, sagte er. „Es gab einen Trick: Wir fixierten die Meningen innerhalb der Schädelkappe, so dass das Gewebe in seinem physiologischen Zustand gesichert war, und sezierten es dann. Hätten wir es andersherum gemacht, hätte es nicht funktioniert.“

Nachdem er gefäßartige Muster in der Verteilung von Immunzellen auf seinen Objektträgern bemerkt hatte, suchte er nach Lymphgefäßen, und da waren sie. Das Unmögliche existierte. Der bescheidene Louveau erinnerte sich an den Moment: „Ich rief Jony [Kipnis] zum Mikroskop und sagte: ‚Ich glaube, wir haben etwas.‘“

Dies zeigt die Karten des Lymphsystems: alt (links) und aktualisiert, um die Entdeckung der UVA widerzuspiegeln.

Wie es den Lymphgefäßen des Gehirns gelang, all die Zeit unentdeckt zu bleiben, beschrieb Kipnis sie als „sehr gut versteckt“ und bemerkte, dass sie einem großen Blutgefäß bis in die Sinus folgen, einem Bereich, der schwer bildlich darzustellen ist. „Es ist so nah am Blutgefäß, man übersieht es einfach“, sagte er. „Wenn man nicht weiß, wonach man sucht, übersieht man es einfach.“

„Die Live-Bildgebung dieser Gefäße war entscheidend, um ihre Funktion zu demonstrieren, und sie wäre ohne die Zusammenarbeit mit Tajie Harris nicht möglich gewesen“, bemerkte Kipnis. Harris, ein PhD, ist Assistenzprofessor für Neurowissenschaften und Mitglied des BIG-Zentrums. Kipnis lobte auch die „phänomenalen“ chirurgischen Fähigkeiten von Igor Smirnov, einem wissenschaftlichen Mitarbeiter im Kipnis-Labor, dessen Arbeit für den Bildgebungserfolg der Studie entscheidend war.

Alzheimer, Autismus, MS und darüber hinaus

Die unerwartete Anwesenheit der Lymphgefäße wirft eine enorme Anzahl von Fragen auf, die nun Antworten erfordern, sowohl über die Funktionsweise des Gehirns als auch über die Krankheiten, die es plagen. Nehmen wir zum Beispiel die Alzheimer-Krankheit. „Bei Alzheimer gibt es Ansammlungen großer Proteinbrocken im Gehirn“, sagte Kipnis. „Wir glauben, dass sie sich im Gehirn ansammeln könnten, weil sie von diesen Gefäßen nicht effizient entfernt werden.“ Er bemerkte, dass die Gefäße mit zunehmendem Alter anders aussehen, so dass die Rolle, die sie im Alter spielen, ein weiterer Forschungsbereich ist. Und es gibt eine enorme Vielfalt anderer neurologischer Erkrankungen, von Autismus bis Multipler Sklerose, die im Lichte der Anwesenheit von etwas, das die Wissenschaft als nicht existent bezeichnete, neu bewertet werden müssen.

Über diese neurowissenschaftliche Forschung

Die Ergebnisse wurden online von der renommierten Fachzeitschrift Nature veröffentlicht und erscheinen in einer kommenden Druckausgabe. Der Artikel wurde von Louveau, Smirnov, Timothy J. Keyes, Jacob D. Eccles, Sherin J. Rouhani, J. David Peske, Noel C. Derecki, David Castle, James W. Mandell, Lee, Harris und Kipnis verfasst.

Finanzierung: Die Studie wurde durch Stipendien R01AG034113 und R01NS061973 der National Institutes of Health finanziert. Louveau war Stipendiat der Fondation pour la Recherche Medicale.

Quelle: Debra Kain – University of Virginia Health System

Bildquelle: Das Bild wird dem University of Virginia Health System zugeschrieben

Originalforschung: Abstract für „Structural and functional features of central nervous system lymphatic vessels“ von Antoine Louveau, Igor Smirnov, Timothy J. Keyes, Jacob D. Eccles, Sherin J. Rouhani, J. David Peske, Noel C. Derecki, David Castle, James W. Mandell, Kevin S. Lee, Tajie H. Harris und Jonathan Kipnis in Nature. Online veröffentlicht am 1. Juni 2015 nature14432

Abstract

Strukturelle und funktionelle Merkmale lymphatischer Gefäße des Zentralnervensystems

Eines der Merkmale des Zentralnervensystems ist das Fehlen eines klassischen lymphatischen Drainagesystems. Obwohl heute akzeptiert wird, dass das Zentralnervensystem einer ständigen Immunüberwachung unterliegt, die im Meningealraum stattfindet1, 2, 3, bleiben die Mechanismen, die den Eintritt und Austritt von Immunzellen aus dem Zentralnervensystem steuern, schlecht verstanden4, 5, 6. Bei der Suche nach T-Zell-Toren in und aus den Meningen entdeckten wir funktionelle Lymphgefäße, die die Duralsinus auskleiden. Diese Strukturen weisen alle molekularen Merkmale lymphatischer Endothelzellen auf, sind in der Lage, sowohl Flüssigkeit als auch Immunzellen aus dem Liquor cerebrospinalis zu transportieren und sind mit den tiefen zervikalen Lymphknoten verbunden. Die einzigartige Lage dieser Gefäße könnte ihre Entdeckung bisher verhindert und somit zum lang gehegten Konzept der Abwesenheit lymphatischer Gefäße im Zentralnervensystem beigetragen haben. Die Entdeckung des lymphatischen Systems des Zentralnervensystems könnte eine Neubewertung grundlegender Annahmen in der Neuroimmunologie erforderlich machen und wirft neues Licht auf die Ätiologie neuroinflammatorischer und neurodegenerativer Erkrankungen, die mit einer Dysfunktion des Immunsystems verbunden sind.

„Structural and functional features of central nervous system lymphatic vessels“ von Antoine Louveau, Igor Smirnov, Timothy J. Keyes, Jacob D. Eccles, Sherin J. Rouhani, J. David Peske, Noel C. Derecki, David Castle, James W. Mandell, Kevin S. Lee, Tajie H. Harris und Jonathan Kipnis in Nature. Online veröffentlicht am 1. Juni 2015 nature14432

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