據(jù)估計，世界上30%的人口長期感染寄生蟲弓形蟲(Toxoplasma gondii)。大多數(shù)人的感染都沒有明顯的影響，但對于免疫系統(tǒng)受到抑制的人，例如癌癥治療人員或感染艾滋病毒/艾滋病的人來說，這可能會危及生命。孕婦也可以將感染傳染給未出生的孩子，使嬰兒面臨嚴(yán)重神經(jīng)系統(tǒng)疾病的風(fēng)險。

眾所周知，“Toxo”可以影響大腦，甚至影響其宿主的行為。但科學(xué)家們已經(jīng)確切地討論了寄生蟲如何穿過血腦屏障，這是一種旨在將病原體排出大腦的物理障礙。

現(xiàn)在，來自賓夕法尼亞大學(xué)獸醫(yī)學(xué)院的研究人員和來自全國各地的同事已經(jīng)確定了寄生蟲是如何進(jìn)入的。利用強(qiáng)大的成像技術(shù)，科學(xué)家們可以追蹤寄生蟲在活組織中的存在和運(yùn)動，研究人員發(fā)現(xiàn)，弓形蟲感染大腦內(nèi)皮細(xì)胞，這些細(xì)胞排列血管，在其內(nèi)部繁殖，然后繼續(xù)侵入中樞神經(jīng)系統(tǒng)。

“跨越血腦屏障是一種罕見的事件，部分原因是這種結(jié)構(gòu)旨在保護(hù)大腦免受病原體的侵害，”Penn Vet的Mindy Halikman Heyer總裁杰出教授Christopher Hunter說。“然而它發(fā)生了，我們現(xiàn)在已經(jīng)能夠看到這些事件。這是以前沒有人見過的東西。”通過闡明病原體進(jìn)入大腦的路徑，該研究有助于了解哪種治療策略可能最有效地對抗寄生蟲，然后才能造成最嚴(yán)重的損害。

該研究發(fā)表在Nature Microbiology上。Hunter是這項(xiàng)研究的資深作者，由Hunter實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員Christoph Konradt領(lǐng)導(dǎo)。

已經(jīng)考慮了一些不同的理論來解釋弓形蟲如何進(jìn)入大腦。

有些人認(rèn)為寄生蟲在屏障細(xì)胞之間擠壓，而另一些人則認(rèn)為寄生蟲直接穿過細(xì)胞。亨特說，另一個“受微生物學(xué)家喜愛的想法”是特洛伊木馬假說，其中寄生蟲在隱藏在受感染的宿主細(xì)胞內(nèi)的情況下搭便車穿越屏障。

Konradt使用Penn Vet的多光子顯微鏡，它可以讓他們深入到活組織中而不會損壞它們，試圖目睹寄生蟲的入侵。在這些研究中，他們使用經(jīng)過特殊培育的小鼠在其內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá)熒光綠色蛋白。然后他們用表達(dá)紅色熒光蛋白的修飾的弓形蟲感染小鼠。

一周后，他們看到大腦中被感染的內(nèi)皮細(xì)胞，以及寄生蟲在這些細(xì)胞內(nèi)繁殖的證據(jù)。感染后兩周，他們發(fā)現(xiàn)寄生蟲出現(xiàn)在與內(nèi)皮細(xì)胞相鄰的腦組織中。

在另外的實(shí)驗(yàn)中，他們能夠看到被感染的內(nèi)皮細(xì)胞破裂的寄生蟲，從而將寄生蟲引入大腦。

研究人員還想重新審視特洛伊木馬假說，看看，如果提出的話，感染的單核細(xì)胞(一種免疫細(xì)胞)是否可能負(fù)責(zé)將寄生蟲帶入大腦。為了測試這一點(diǎn)，研究小組用一種標(biāo)記為紅色的Toxo感染單核細(xì)胞，這種形式無法繁殖，然后將這些細(xì)胞引入小鼠體內(nèi)。如果單核細(xì)胞確實(shí)是一種特洛伊木馬，那么科學(xué)家們就會發(fā)現(xiàn)寄生蟲會破壞血腦屏障。但他們只看到血管內(nèi)的感染細(xì)胞，這些細(xì)胞無法穿過血腦屏障。

為了進(jìn)一步闡明Toxo通過身體感染和傳播的機(jī)制，研究人員專門研究了游離寄生蟲的水平，即寄生蟲尚未感染或被宿主細(xì)胞吞噬。

他們驚訝地發(fā)現(xiàn)，大約三分之一的小鼠總寄生蟲負(fù)荷中有很大一部分存在于血液中的游離寄生蟲中。

康拉德說：“我認(rèn)為我們預(yù)計會在細(xì)胞外看到少量寄生蟲，因?yàn)樗鼈儽仨殢囊粋€細(xì)胞移動到一個細(xì)胞。” “但我認(rèn)為沒有人完全理解大量的寄生蟲是免費(fèi)的并且能夠感染脈管系統(tǒng)中的其他細(xì)胞。”

然而，這種游離寄生蟲的存在是短暫的。感染后10天，大多數(shù)小鼠的血液中沒有游離寄生蟲。

“從治療的角度來看，”亨特說，“這意味著，如果孕婦第一次感染，那么寄生蟲可以穿過胎盤并影響胎兒的時間相當(dāng)短。這告訴我們，針對這些在這個狹窄的窗口期間血液中的階段可以有效地預(yù)防先天性傳播。“

作為最終測試，看看寄生蟲是否可以直接從血液中進(jìn)入大腦，研究人員用正常寄生蟲和無法繁殖的突變體的混合物感染小鼠，每種都用不同顏色標(biāo)記。然后他們表明只有正常的繁殖寄生蟲進(jìn)入功能性腦組織。

“這表明寄生蟲必須復(fù)制才能從血液擴(kuò)散到其他組織，”Konradt說。“這可能意味著阻止復(fù)制的藥物可以有效預(yù)防傳播。”

該團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果表明，目前關(guān)于弓形蟲如何穿過血腦屏障的理論可能不是大腦感染的主要方式。相反，寄生蟲直接從血液進(jìn)入內(nèi)皮細(xì)胞，在那里它們復(fù)制，導(dǎo)致細(xì)胞破裂，然后感染鄰近的腦細(xì)胞。

除了對弓形蟲感染的影響之外，該研究還可以深入了解其他病毒，細(xì)菌和寄生蟲病原體如何從血液進(jìn)入大腦。

“Toxo是研究血管免疫的一個非常好的模型，”Konradt說。