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脑-脾神经环路控制抗体免疫应答的新机制
2020年4月29日,《自然》杂志在线发表了清华大学医学院、免疫学研究所祁海课题组、上海科技大学胡霁课题组、清华大学麦戈文脑科学研究所钟毅课题组的合作论文,题目是“受行为影响的脑活动调控体液免疫应答”(Brain control of humoral immune responses amenable to behavioural modulation)。通过小鼠模型,该研究发现了一条从大脑杏仁核和室旁核CRH神经元到脾内的神经通路——这条通路促进疫苗接种引起的抗体免疫应答,并可通过响应躯体行为刺激对免疫应答进行不同调控。据作者介绍,这是迄今发现的第一条解剖学明确、由神经信号传递而非内分泌激素介导的、中枢神经对适应性免疫应答进行调控的通路,它的发现为神经免疫学研究拓展出了一个新方向。“勤動”与增强免疫的中枢神经核团与环路首先,研究者开发了一种新型去除小鼠脾神经的手术,发现这种小鼠在疫苗接种后所能产生的浆细胞(抗体分泌细胞)数量有明显缺陷,暗示了脾神经冲动信号对B细胞应答有促进作用。通过药理学、遗传学实验,他们继而发现B细胞表达乙酰胆碱9受体对脾神经的这个促进作用不可或缺。通过体内细胞剔除实验,研究者发现在肾上腺素能的脾神经和需要感知乙酰胆碱的B细胞之间,最可能起到了“换元”作用的,是新近发现的可感受去甲肾上腺素而分泌乙酰胆碱的T细胞。进一步,作者通过伪狂犬病毒逆行追踪,发现脾神经与室旁核(PVN)、中央杏仁核(CeA)有连接。这两个区域的功能与应激、恐惧反应紧密相关,而两处共有的一类神经元是表达CRH(促肾上腺皮质激素释放激素)的神经元。CRH神经元是掌控垂体-肾上腺轴的上游神经元,其激活可导致肾上腺大量释放糖皮质激素,调整机体应激,抑制免疫系统活动。这个已知抑制免疫的内分泌功能,不能解释作者看到的免疫增强的现象。但会不会CRH神经元还可以直接操控脾神经,通过神经通路传导免疫增强的信号来促进浆细胞的产生呢?为检验这一假说,研究者通过光遗传学实验,发现刺激CeA/PVN的CRH神经元后几秒钟之内就会记录到脾神经的电信号明显加强,证明CeA/PVN与脾间的确有通路连接(图1)。进而,作者通过CRH神经元剔除、DREADD化学遗传学抑制及激活的方法,证明 CeA/PVN CRH神经元活性对应调控了脾内B细胞应答产生浆细胞的过程。图1 光遗传学实验证明CeA/PVN CRH 神经元与脾神经的连接自主神经活动可以受外界环境及行为的影响。那么,有没有行为可以刺激这条脑-脾神经轴从而增强免疫应答呢?作者通过监测小鼠在不同行为范式下 CeA/PVN 的 CRH 神经元活动发现,一个他们新开发的“孤立高台站立”(elevated platform standing,如图2和视频)行为可以同时激活这两个核团的CRH神经元。自主神经活动可以受外界环境及行为的影响。那么,有没有行为可以刺激这条脑-脾神经轴从而增强免疫应答呢?作者通过监测小鼠在不同行为范式下 CeA/PVN 的 CRH 神经元活动发现,一个他们新开发的“孤立高台站立”(elevated platform standing,如图2)行为可以同时激活这两个核团的CRH神经元。图2 孤立高台站立模式图更重要的是,抗原接种后第二周里,每天经历这个行为范式两次,小鼠抗原特异的抗体就可以增加约70%。这种行为增强抗体应答的效果,依赖于CRH神经元、依赖于脾神经、并且需要B细胞表达的乙酰胆碱受体。虽然高台站立可以看作是一种应激范式,但并非所有导致应激状态的行为都能增强免疫。作者测试了神经生物学研究中常用的捆绑模型,发现这一范式更强烈而持久激活PVN的CRH神经元,但抑制 CeA 的 CRH 神经元,致使机体持续产生高水平的糖皮质激素,对免疫应答产生了抑制作用。至此,研究者在这项研究里鉴定、证明了一条对适应性免疫具有增强功能的脑-脾神经轴,揭示了CRH神经元的双重免疫调节功能——经典已知的垂体-肾上腺神经内分泌免疫抑制作用和新发现的经神经环路直接作用于脾的免疫增强作用。神经免疫学方兴未艾,目前的主要方向包括:以CNS和外周神经为靶器官,研究组织固有的小胶质细胞和招募而至的免疫细胞在系统稳态与病变中的作用;研究中枢及外周神经与淋巴器官和屏障组织(肠上皮等)里固有免疫细胞(巨噬细胞、ILC等)的信号交互与功能互调等。刚刚发表的这一新工作,使研究者认识到淋巴细胞介导的适应性免疫应答也可以受到中枢-外周神经环路的直接调控,以及通过躯体行为正向调节免疫应答的一个生物学基础。针对最后一点,祁海特别指出,锻炼身体(躯体运动)可以增强“免疫力”,这个几乎所有人或多或少都接受的常识性结论,其背后的科学依据其实远不清楚。他认为,他们发现的脑-脾轴可能为此提供了一个环路方面的解释。我们适度锻炼,可能如同小鼠的EPS,恰到好处地刺激了CeA和PVN的CRH神经元,增进了浆细胞和抗感染抗体的生成。相反,频繁马拉松跑后人们易于感冒,可能是过度应激导致的免疫抑制超越了免疫增强效果。祁海猜测,未来通过神经免疫学的进一步研究,应该可能在特定神经元、神经环路水平定量描述、评价不同锻炼方式、不同躯体运动形式、乃至不同“冥想”“禅修”过程对免疫系统的影响,从而帮助我们为加强“免疫力”而正确选择锻炼或其他增进健康的方式提供更明确的科学依据。这也是题图“勤動”所表达的愿景。清华-北大生命科学联合中心2013级博士生张旭、清华生命学院2016级博士生雷博、上海科技大学2015级博士生袁媛、清华PTN项目2016级博士生张厉为本文的共同第一作者。该得到科技部和国家自然科学基金委科研基金的支持。祁海课题组还得到北京市科委、清华-北大生命科学联合中心、清华大学免疫学研究所、北京生物结构前沿研究中心、北京市慢性病免疫学研究重点实验室的支持。钟毅课题组得到清华麦戈文脑科学研究所的支持。另外,中国科学院武汉数学物理研究所徐福强课题组、清华大学药学院廖学斌课题组、首都医科大学孙文智课题组为本研究的顺利开展和完成作出了重要贡献。论文链接:https://www.nature.com/articles/s41586-020-2235-7
清华大学 2021-04-11
钛白粉后处理工艺技术和机理
钛白粉作为白色颜料之王广泛应用于油漆、涂料(水性)、塑料、造纸等不同应用领域 中。该项目为了提高钛白应用性能,在后处理表面工艺技术进行多年的研究,申请了多个钛 白粉领域相关的专利。研究控制钛白粉包覆膜的致密度、厚度等不同质量的包覆膜,提高钛 白粉在油漆、涂料(水性或油性)、塑料(色母粒)、造纸等领域中应用性能,提高分散性, 遮盖力等应用指标。 项目负责人的研究经历,1996年开始在清华大学化学工程系博士论文题目是“氯化法金 红石钛白粉后处理工艺和机理研究”。该项目是清华大学与锦州氯化法钛白粉企业合作,项 目内容是金红石钛白粉后处理包膜工艺条件和机理研究。 发表了与钛白粉领域相关文章十多篇,申请钛白粉包膜专利十余项。
清华大学 2021-05-08
钛白粉后处理工艺技术和机理
项目成果/简介:钛白粉作为白色颜料之王广泛应用于油漆、涂料(水性)、塑料、造纸等不同应用领域 中。该项目为了提高钛白应用性能,在后处理表面工艺技术进行多年的研究,申请了多个钛 白粉领域相关的专利。研究控制钛白粉包覆膜的致密度、厚度等不同质量的包覆膜,提高钛 白粉在油漆、涂料(水性或油性)、塑料(色母粒)、造纸等领域中应用性能,提高分散性, 遮盖力等应用指标。
清华大学 2021-01-12
妇科恶性肿瘤分子机理及干预治疗研究
本项目以国家重大专项、"863"和"973"项目等为基础,多年来深入研究妇科恶性肿瘤发生发展相关的重要分子机制,并以此研究为基础,探索和发展在妇科恶性肿瘤治疗方面可能的新思路、新途径及新策略,并取得了创新性成绩。 1、妇科恶性肿瘤发生发展相关基因的筛选、鉴定、功能与临床预后研究: 应用SEREX、差异蛋白质组学和免疫蛋白质组学等方法鉴定与妇科恶性肿瘤发生发展相关的新基因或功能未知基因。采用多种卵巢癌动物模型对上述多个功能未知和新基因进行了功能研究,揭示了它们在妇科恶性肿瘤发生发展中的作用。 2、妇科恶性肿瘤干预治疗研究 针对卵巢癌细胞开展了新型主动免疫治疗研究。将主动免疫治疗与阻断肿瘤内血管生成、淋巴管生成等抗肿瘤间质治疗相结合,为肿瘤疫苗及抗肿瘤间质治疗研究提供了新思路。针对在肿瘤中高表达,与肿瘤发生、发展、转移、预后等密切相关的基因为靶点,构建了一系列针对单靶点和双靶点的RNA干扰治疗载体,对卵巢癌等多种移植瘤开展RNA干扰基因治疗研究,筛选出了有明显抗肿瘤活性的新型基因治疗候选药物。 这些代表性研究成果共表相关论文40余篇,这些开创性的研究已经作为他人进一步研究的基础, 并得到其他研究者所发表论文的证实。
四川大学 2016-04-29
磁性纳米结构自旋注入、探测和调控机理研究
本项目揭示了磁性纳米结构中电子自旋极化效应的新机理和新规律,通过构建新型纳米结构和器件实现了自旋电子极化的产生、传输的可调控性。加深了对自旋特性和基本物理现象的理解,也解决了自旋电流产生、传输、控制和应用方面的多个关键科学问题,为下一代自旋电子学器件提供了重要的技术支撑。近5 年来在Phys Rev B,Appl. Phys. Lett.等国际主流期刊上发表SCI 论文76 篇。申请国家发明专利22 项,已授权专利7 项。其中10 代表性论著被SCI 他引288次。多项研究成果受到了学术界的高度关注
电子科技大学 2021-04-14
专用小麦品质栽培改良机理及其调控技术
该成果先后获江苏省农业科技成果转化奖一等奖和国家科技进步二等奖。该技术建立了不同生态区不同类型专用小麦量质协调栽培技术体系和籽粒品质指标预测生态模型;制定了指标化、标准化、数字化的专用小麦量质协调栽培技术规范,形成了多种形式的产业化技术服务模式。
扬州大学 2021-04-14
有机电极材料电化学反应机理
在β-酮胺的氨基位修饰蒽醌,引入π-π及p-π电子共轭效应,蒽醌基团同时增加分子的刚性位阻效应,提高了过渡态α-C自由基聚合或发生副反应的活化能,有效提高了自由基中间体的稳定性。该有机物电极的分子结构及自由基中间体的结构如图1所示。β-酮胺还原后的中间体在π-π和p-π联合电子共轭效应及自由基两侧的侧芳香基团位阻效应的协同作用下,形成了稳定的α-C
南方科技大学 2021-04-14
脉管制冷机理和结构的重要发展
脉管制冷机属低温制冷技术,其理论基础为工程热力学。脉管制冷机没有在低温下工作的部件,可靠性高,主要用于航天器或飞行器中红外探测器和电子元件的冷却。本成果包括在国际杂志《CRYOGENICS》上发表的论文10篇和国际会议论文集中的论文1篇。在对脉管制冷机的工作原理进行热力学分析时,发现由于脉管中的压力与流量不同相,造成了流量中的一部分系“不制冷分量”,降低了
西安交通大学 2021-01-12
老年痴呆病发病机理和干预药物研发
项目背景:老年痴呆症(AD)患者海马和新皮质的乙酰胆碱 (acetylcholine,Ach)和胆碱乙酰转移酶(ChAT)显著减少,Ach 由 ChAT 合成,皮质胆碱能神经元递质功能紊乱被认为是记忆障 碍及其他认知功能障碍的原因之一。Meynert 基底核是新皮质胆 碱能纤维的主要来源,AD 早期此区胆碱能神经元减少,是 AD 早 期损害的主要部位,出现明显持续的 Ach 合成不足;ChAT 减少也 与痴呆的严重性、老年斑数量增多及杏仁核和脑皮质神经原纤维 缠结的数量有关。但对此观点尚有争议。AD 患者脑内毒蕈碱 M2 受体和烟碱受体显著减少,M1 受体数相对保留,但功能不全, 与 G 蛋白第二信使系统结合减少;此外,也累及非胆碱能递质, 如 5-羟色胺(serotonin,5-HT)、γ-氨基丁酸(GABA)减少 50%, 生长抑素(somatostatin)、去甲肾上腺素(norepinephrine)及 5-HT 受体、谷氨酸受体、生长抑素受体均减少,但这些改变为 原发或继发于神经元减少尚未确定。给予乙酰胆碱前体如胆碱或 卵磷脂和降解抑制剂毒扁豆碱,或毒蕈碱拮抗药直接作用于突触 后受体,并未见改善。 所需技术需求简要描述:1.研发一种能补充后改善神经递质 代谢的药物,延缓老年痴呆病。2.开展动物实验实验,验证以上 理论和药物。  对技术提供方的要求:团队在老年痴呆症领域有较强研究基 础,能协助企业确认发病原理,并联合研发改善神经递质代谢药 物。 
青岛今墨堂生物技术有限公司 2021-09-02
西安交大科研人员发现超分子手性产生新机制
超分子手性的自发产生与放大机理是当前手性研究的一个重点与难点,对这一问题的探索将推动各类手性器件的构筑,深化对生命体起源的理解,拓展超分子体系的研究前沿。
西安交通大学 2022-04-22
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