VUB-studie brengt in kaart hoe hersenen reageren op infecties

De resultaten, gepubliceerd in het gerenommeerde tijdschrift Immunity, laten voor het eerst zien hoe verschillende soorten immuuncellen betrokken zijn in de afweer. De onderzoekers konden aantonen dat de eerste verdedigingslinie wordt gevormd door in de hersenen levende macrofagen, een type van wit bloedlichaampje dat het lichaam helpt om infecties te bestrijden. Deze macrofagen rekruteren vervolgens een groot aantal uit het bloed afkomstige macrofagen als medestrijders. Deze “bloedmacrofagen” verdwijnen weer even snel zodra de infectie is overwonnen.

Movahedi: “Uit het onderzoek blijkt het opmerkelijke vermogen van het immuunlandschap van de hersenen om snel terug te keren naar de normale toestand. Maar we konden ook vaststellen hoe bepaalde cellen nog lange tijd na de genezing veranderd bleven, als het ware een soort “geheugen” hebben van de infectie. Dit suggereert dat tijdens een mensenleven, waarin we aan talloze infecties kunnen lijden, denk maar aan de COVID-19 pandemie, de functionaliteit van macrofagen kan veranderen. Hebben zulke vroegere infecties in de hersenen invloed op de kans om andere neurologische aandoeningen te ontwikkelen, zoals bijvoorbeeld multiple sclerose of dementie? Vandaag is dit een hot topic in de onderzoekswereld.”

De hersenen en hun verdediging tegen infecties

De hersenen functioneren als een centrale commandopost die alle processen in ons lichaam aanstuurt. Daarom is het essentieel dat de hersenen zichzelf ook tegen ziektes kunnen beschermen. Dit wordt deels bereikt door complexe barrières die de toegang tot de hersenen beperken. De immuuncellen vormen een extra verdedigingslinie.  Ondanks deze verschillende verdedigingslagen slagen sommige ziekteverwekkers er toch in om door te dringen, wat tot levensbedreigende ziekten kan voeren. Maar zelfs als de infectie uiteindelijk succesvol wordt bestreden en de ziekteverwekkers worden geëlimineerd, kunnen patiënten nog jaren last hebben van neurologische problemen. Daarom is het van groot belang de dynamiek van de interactie tussen gastheer en ziekteverwekker en de gevolgen daarvan op lange termijn beter te begrijpen.

Het onderzoek

Het team van Prof. Movahedi onderzocht infecties met Trypanosoma brucei, een gevaarlijk micro-organisme dat de hersenen aantast. Deze eencellige parasieten leven in Sub-Sahara Afrika en kunnen een dodelijke neuropathologie veroorzaken. Hoewel het al lang bekend is dat deze parasieten de hersenen infiltreren, bleven de infectieroute en de aard van de reactie van de gastheer raadselachtig. Het team bestudeerde de infectie bij muizen, die net als mensen zeer vatbaar zijn voor de ziekte. De onderzoekers ontdekten dat de parasieten eerst de grensweefsels, de hersenvliezen en de plexus choroideus binnendringen, zich daarna begeven naar de met vloeistof gevulde holtes en zich zo naar het neuronale weefsel verplaatsen. Met behulp van verschillende geavanceerde technologieën brachten de onderzoekers ook heel gedetailleerd de reactie van het immuunsysteem in kaart.

Vooral de macrofagen spelen een grote rol. Zij nemen de eerste verdediging op zich en zenden signalen uit naar de rest van het lichaam om uit het bloed afkomstige immuuncellen naar de hersenen te lokken. De meerderheid van deze "nieuw aangeworven" immuuncellen zijn ook macrofagen, maar zij gedragen zich ter plekke wel anders.  

"Onze resultaten plaatsen macrofagen centraal tijdens de invasie van pathogenen in de hersenen, en laten zien hoe plaatselijke en aangetrokken macrofagen een verschillende rol spelen tijdens de infectie. De immuuncellen uit het bloed vertonen bijvoorbeeld een hogere expressie van anti-microbiele eiwitten. Dat doet ons vermoeden dat zij goed in staat zijn om de parasieten te elimineren," zegt Karen De Vlaminck, doctoraatsstudent en eerste auteur van de studie.

Het team onderzocht vervolgens ook wat er gebeurde met al deze immuuncellen zodra de ziekte met succes was behandeld.  

Kiavash Movahedi: "We stelden met verbazing vast dat de uit het bloed afkomstige macrofagen heel snel weer uit de hersenen verdwenen, eigenlijk zodra de parasieten waren uitgeschakeld. Dit benadrukt hoe belangrijk het is dat de hersenen snel terugkeren naar hun normale toestand zodra een infectie is aangepakt."

Het geheugen van de hersenen

Het team ontdekte dat de macrofagen in de grensgebieden van de hersenen nog maanden na de verwijdering van de parasieten in een meer geactiveerde toestand bleven, wat suggereert dat zij een soort "geheugen" van de infectie behielden. Studies in andere weefsels toonden al aan dat een dergelijk infectie-geïnduceerd "geheugen" het reactievermogen van macrofagen op toekomstige aanvallen kan veranderen.

"Dit hoeft echter niet zo eng te zijn als het klinkt", stelt De Vlaminck. "Nu we de langdurige impact van infecties op de hersenen beginnen te begrijpen, kan het onderzoek zich gaan richten op het vinden van nieuwe therapieën om potentiële door infecties veroorzaakte disfuncties aan te pakken en om te keren."

Publication in Immunity: "Differential plasticity and fate of brain-resident and recruited macrophages during the onset and resolution of neuroinflammation"

DOI10.1016/j.immuni.2022.09.005

Contact:

Kiavash Movahedi, Laboratorium voor Moleculaire en Cellulaire Therapie

kiavash.movahedi@vub.be

0473 188 213