Perché per proteggere il cervello dalle infezioni è necessario l’intestino

Immagine: WikiJournal of Medicine.

Il cervello è protetto in modo univoco dall’invasione di batteri e virus, ma il suo meccanismo di difesa è rimasto a lungo un mistero. Ora, uno studio sui topi, confermato su campioni umani, ha dimostrato che il cervello ha un alleato sorprendente nella sua protezione: l’intestino.

Il cervello è probabilmente l’organo più importante del corpo, poiché controlla la maggior parte degli altri sistemi corporei e consente il ragionamento, l’intelligenza e le emozioni. Gli esseri umani hanno sviluppato una serie di misure protettive per prevenire danni fisici al cervello: si trova in una custodia solida e ossea – il cranio – ed è avvolto in tre strati di tessuto impermeabile noti come meningi.

Ciò che è meno chiaro è il modo in cui il corpo difende il cervello dalle infezioni. In altre parti del corpo, se batteri o virus entrano nel flusso sanguigno, interviene il nostro sistema immunitario, con cellule immunitarie e anticorpi che prendono di mira ed eliminano l’invasore. Tuttavia, le meningi formano una barriera impermeabile che impedisce a queste cellule immunitarie di entrare nel cervello.

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In una ricerca pubblicata su Nature, un team guidato da scienziati dell’Università di Cambridge, nel Regno Unito e dal National Institute of Health, negli Stati Uniti, ha scoperto che le meningi ospitano cellule immunitarie note come plasmacellule, che secernono anticorpi. Queste cellule sono specificatamente posizionate accanto a grandi vasi sanguigni che scorrono all’interno delle meningi, consentendo loro di secernere le loro “protezioni” anticorpali per difendere il perimetro del cervello. Quando i ricercatori hanno esaminato il tipo specifico di anticorpo prodotto da queste cellule, hanno scoperto con sorpresa che l’anticorpo che hanno osservato si trova normalmente nell’intestino.

Spiegano gli autori:

“Il sistema nervoso centrale è stato storicamente considerato un sito immunitario privilegiato, ma dati recenti hanno dimostrato che le meningi, le membrane che circondano il cervello e il midollo spinale, contengono una popolazione diversificata di cellule immunitarie. Finora, gli studi si sono concentrati su macrofagi e cellule T, ma non hanno incluso un’analisi dettagliata dell’immunità umorale meningea. In questo studio mostriamo che, durante l’omeostasi, il topo e le meningi umane contengono plasmacellule che secernono IgA. Queste cellule sono posizionate adiacenti ai seni venosi durali: regioni di flusso sanguigno lento con fenestrazioni che possono potenzialmente consentire ai patogeni trasmessi dal sangue di accedere al cervello. Le plasmacellule IgA peri-sinusali sono aumentate con l’età e in seguito a una violazione della barriera intestinale. Al contrario, erano scarse nei topi privi di germi, ma la loro presenza è stata ripristinata dalla ricolonizzazione intestinale. Il sequenziamento del recettore delle cellule B ha confermato che le cellule IgA ⁺ meningee hanno origine nell’intestino. La deplezione specifica delle plasmacellule meningee o la carenza di IgA ha determinato una riduzione dell’intrappolamento dei funghi nella regione peri-sinusale e una maggiore diffusione nel cervello in seguito a stimolazione endovenosa, dimostrando che le IgA meningee sono essenziali per difendere il sistema nervoso centrale su questa vulnerabile superficie della barriera venosa”.

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Le plasmacellule derivano da un particolare tipo di cellula immunitaria nota come cellula B. Ogni cellula B ha un anticorpo sulla sua superficie che è unico per quella cellula. Se un antigene (la parte di un batterio o di un virus che innesca una risposta immunitaria) si lega a quell’anticorpo di superficie, la cellula B si attiva: si divide per creare una nuova prole che riconosce anche quello stesso antigene.

Durante la divisione, la cellula B introduce una mutazione nel gene dell’anticorpo in modo che un amminoacido venga modificato e le sue caratteristiche di legame siano leggermente diverse. Alcuni di questi linfociti B ora produrranno anticorpi che consentono un migliore legame con il patogeno – questi continuano ad espandersi e moltiplicarsi; le cellule B i cui anticorpi sono meno bravi a legarsi muoiono. Questo aiuta a garantire che il corpo produca i migliori anticorpi per mirare e distruggere particolari antigeni.

Normalmente, gli anticorpi trovati nel sangue sono di un tipo noto come immunoglobulina G (IgG), che vengono prodotti nella milza e nel midollo osseo: questi anticorpi proteggono l’interno del corpo. Tuttavia, gli anticorpi trovati nelle meningi sono l’immunoglobuline A (IgA), che di solito sono prodotte nel rivestimento dell’intestino o nel rivestimento del naso o dei polmoni: proteggono le superfici mucose, le superfici che si interfacciano con l’ambiente esterno.

Il team è stato in grado di sequenziare i geni degli anticorpi nelle cellule B e nelle plasmacellule nell’intestino e nelle meningi e dimostrare che erano correlati. In altre parole, le cellule che finiscono nelle meningi sono quelle che si sono espanse selettivamente nell’intestino, dove hanno riconosciuto particolari patogeni.

“Il modo esatto in cui il cervello si protegge dalle infezioni, al di là della barriera fisica delle meningi, è stato un po’ un mistero, ma scoprire che un’importante linea di difesa inizia nell’intestino è stata una sorpresa”, ha detto lo scienziato capo Professor Menna Clatworthy del Dipartimento di Medicina e dell’Università di Cambridge e del Wellcome Sanger Institute.

“Ma in realtà, ha perfettamente senso: anche una piccola violazione della barriera intestinale consentirà ai microbi di entrare nel flusso sanguigno, con conseguenze devastanti se sono in grado di diffondersi nel cervello. Seminare le meningi con cellule produttrici di anticorpi che sono selezionati per riconoscere i microbi intestinali assicurano la difesa contro i più probabili invasori “.

Il team ha fatto la scoperta utilizzando i topi, che sono comunemente usati per studiare la fisiologia poiché condividono molte caratteristiche del corpo umano. I ricercatori hanno dimostrato che quando i topi non avevano batteri nell’intestino, le cellule produttrici di IgA nelle meningi erano assenti, dimostrando che queste cellule hanno effettivamente origine nell’intestino dove sono selezionate per riconoscere i microbi intestinali prima di stabilirsi nelle meningi. Quando i ricercatori hanno rimosso le plasmacellule nelle meningi – e quindi non erano presenti IgA per intrappolare i patogeni – i microbi sono stati in grado di diffondersi dal flusso sanguigno al cervello.

Il team ha confermato la presenza di cellule IgA nelle meningi umane analizzando campioni che sono stati prelevagti durante gli interventi, dimostrando che questo sistema di difesa può svolgere un ruolo importante nella difesa degli esseri umani dalle infezioni del sistema nervoso centrale – meningite ed encefalite.

Fonte: Nature