Når hjernen bliver inficeret med virus, kan immunforsvaret reagere så kraftigt, at det risikerer at gøre skade på hjernen. Danske forskere har opdaget, at for at minimere immunforsvarets overreaktion begår celler i hjernen selvmord.
For ikke så forfærdelig mange år siden troede forskere, at hjernen ikke havde behov for et immunforsvar til at beskytte sig mod eksempelvis virus og bakterier.
Den antagelse viste sig dog at være forkert, fordi hjernen i den grad har et immunforsvar, som forskere i disse år prøver at forstå.
Nu har danske forskere opdaget, hvordan hjernen reagerer på en infektion med virus, og hvad hjernen gør for at beskytte sig selv, når immunforsvaret overreagerer på en trussel udefra.
”Vi ved, at hos nogle personer med medfødt svækket immunforsvar eller hos ældre kan virus som herpesvirus trænge ind i hjernen og være årsag til hjernebetændelse. Men vi har indtil nu haft meget begrænset viden om, hvordan hjernen forsvarer sig mod virusinfektioner, hvilket er vigtigt for at forstå, hvordan vi kan behandle hjernebetændelse eller hjælpe immunforsvaret med selv at holde en infektion nede. Det er vi dog blevet en del klogere på nu,” fortæller en af forskerne bag det nye studie, lektor Line Reinert fra Institut for Biomedicin ved Aarhus Universitet.
Forskningsresultatet, som udspringer fra professor Søren Riis Paludans laboratorie, er offentliggjort i Journal of Clinical Investigation.
Hjernen har sit eget immunforsvar
For at forstå hjernens immunforsvar er det nødvendigt at forstå, hvad der sker i hjernen under en virusinfektion.
Det kommer her:
Når en virus trænger ind i hjernen, vil den helst replicere sig selv i neuronerne.
Neuronerne deler sig dog ikke, og det ved virus godt, så de passer på neuronerne og sørger for, at de ikke går til grunde på grund af infektionen. I stedet tvinger virus neuronerne til at producere en masse nye virus, som de spytter ud i omgivelserne, og som derfra kan inficere nye neuroner.
Her kommer immunforsvaret på banen.
Hjernens immunforsvar består af forskellige celler, blandt andet mikroglia, der er som en slags vagtværn, der patruljerer omkring hjernens celler.
Opdager disse mikroglia, at der er virus i hjernen, slår de alarm og producerer blandt andet stoffet interferon, som advarer nabocellerne om, at der kan være en virusinfektion på vej. Alarmen starter forsvarsaktiviteter, som holder infektionen i skak.
Immunforsvaret kan selv være skyld i skader på hjernen
Mikrogliaerne kan dog komme til at producere et for voldsomt alarmsignal, og det skaber problemer for hjernen.
Vi ser det samme med smitte med COVID-19, som er en virusinfektion i lungerne. Her er det store problem ikke selve virusinfektionen, men derimod immunforsvarets reaktion i form af en såkaldt cytokinstorm, der oversvømmer et givent område i kroppen med immunceller. Virus kan således ofte være faktoren, som udløser overaktivering af immunsystemet. Det kan være i lungerne i tilfældet med COVID-19 eller i hjernen ved en herpesinfektion.
I hjernen mistænkes denne form for ødelæggende adfærd af immunsystemet også at spille ind ved udvikling af sklerose og Alzheimers sygdom.
Line Reinert sammenligner mikroglias adfærd med brandmænd, som i bestræbelserne på at slukke en ildebrand pøser så meget vand på huset, at huset også blive ødelagt af det.
”For meget cytokinstorm slår neuronerne og nogle af de andre celler ihjel, og så bliver immunforsvarets reaktion skadelig. Den erkendelse er vi kommet frem til i dette nye studie, hvori vi også viser, hvad hjernen gør for at modvirke, at det sker,” forklarer hun.
Hjernen begår selvmord for at undgå, at immunforsvaret overopheder
I det nye studie har Line Reinert sammen med sine kollegaer studeret forskellige musemodeller, som de har inficeret med herpesvirus i hjernen, og derefter har de undersøgt hjernerne under et mikroskop.
Som det første har de undersøgt, hvordan hjernen modvirker, at mikrogliaerne sætter gang i en cytokinstorm ved en virusinfektion.
Her viser det sig, at overaktive mikrogliaceller simpelthen dør, så de ikke kommer til at gøre mere skade end gavn.
Der er dog forskellige måder at dø på som celle, og mikrogliaerne griber fat i en form for programmeret celledød, der hedder apoptose.
”En celle kan dø ved at springe i luften, så alle dens indre dele flyder ud i omgivelserne. Dette er uhensigtsmæssigt, fordi det vil resultere i yderligere cytokinstorm og tilkalde endnu flere celler fra immunforsvaret. Men ved apoptose skrumper mikrogliaerne ind og bliver som små rosiner, og det er den form for nedlukning af alarmberedskabet, som hjernens immunforsvar benytter sig af for ikke at komme til at slå neuronerne ihjel i forsøget på at komme en virusinfektion til livs,” siger Line Reinert.
Kan måske munde ud i medicinsk behandling af hjernebetændelse
De videre undersøgelser viste også, hvilke signalveje mikrogliaerne benytter sig af for at balancere på den knivsæg, det er at beskytte hjernen uden at gøre for meget skade.
Her peger forskningen på, at proteinerne cGAS og STING spiller vigtige roller.
I musemodeller, der var genetisk designet til at mangle cGAS og STING, døde musene ved infektion med herpesvirus.
Det var dog interessant, at musene ikke døde af en overreaktion fra immunforsvarets side, men derimod af selve virusinfektionen. Det viser ifølge Line Reinert, hvor vigtige disse to proteiner er for at regulere balancen i hjernens immunforsvar.
Det interessante er også, at der i dag udvikles lægemidler, som er målrettet de to proteiner. Blandt andet kan nogle lægemidler aktivere eller hæmme cGAS og STING.
Kommende forskning kan ifølge Line Reinert måske vise, om regulering af disse to proteiner med medicin kan være med til enten at beskytte hjernen mod en farlig cytokinstorm ved en infektion eller booste hjernens forsvar mod infektioner.
Derudover kan medicin målrettet cGAS og STING måske også benyttes ved behandling af andre neurologiske lidelser, som ikke er relateret til en infektion, men alligevel kan skyldes, at hjernens immunforsvar går amok.
”Vi er startet på nye projekter, hvor vi vil undersøge de immunologiske mekanismer ved udvikling af andre sygdomme som COVID-19 og Alzheimers sygdom. På sigt kan man måske forestille sig, at vi også kan hæmme eller aktivere de her molekylære signalveje og derved behandle sygdomme. Det ligger dog længere ude i fremtiden, for lige nu er vi blot i færd med den grundvidenskabelige forskning,” siger Line Reinert.
