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        性別、免疫和大腦

        2022-07-29 13:32:10編譯槳篤繪
        世界科學(xué) 2022年7期
        關(guān)鍵詞:幼崽雄性膠質(zhì)

        編譯 槳篤繪

        男性和女性免疫系統(tǒng)之間的差異—尤其是涉及小膠質(zhì)細(xì)胞的免疫系統(tǒng)—可能有助于解釋為什么自閉癥和阿爾茨海默病等疾病的風(fēng)險(xiǎn)因性別而異。

        假設(shè)一對夫婦有兩個(gè)孩子,一男一女。在絕大多數(shù)情況下,他們的心智成長不會走上歧路,精神世界可以健康發(fā)展,但小概率事件總會發(fā)生。一旦孩子的大腦發(fā)育偏離正常軌跡,或遭遇心理健康問題,他們的成長之路可能就會完全不同。

        兒子的不同可能首先出現(xiàn)。在其他條件相同的情況下,男孩被診斷出自閉癥的可能性是他姐妹的4倍。其他神經(jīng)發(fā)育狀況或障礙在男孩身上的發(fā)生率也更高。若年齡再大些,兒子患上精神分裂癥的概率會達(dá)到女兒的2~3倍。進(jìn)入青春期后,這些相對風(fēng)險(xiǎn)將會反轉(zhuǎn)。女兒患抑郁癥或焦慮癥的風(fēng)險(xiǎn)幾乎是兒子的2倍;再往后,她們遭遇阿爾茨海默病的風(fēng)險(xiǎn)也將變得更高。

        當(dāng)然,總體來說,男性和女性大腦的相似之處多于不同之處。

        科學(xué)家們逐漸意識到,這些風(fēng)險(xiǎn)狀況的性別差異,不僅僅與女性在父權(quán)社會下面對的壓力,或者女性往往壽命更長使得衰老疾病有更多時(shí)間發(fā)展相關(guān),男女大腦和身體的微妙生物學(xué)差異也是重要因素。

        考慮性別問題時(shí),我們可以關(guān)注幾處明顯的差異。女性擁有兩條X染色體,而男性只有一條。二者的性激素狀況差異很大,男性的性激素主要為睪酮,女性則以雌激素為主。不過越來越多研究指出了另一個(gè)看似不明顯的影響因素:免疫系統(tǒng)的細(xì)胞和分子。

        科學(xué)家很早就握有科學(xué)證據(jù),足以將人體免疫活動與大腦的差異和疾病聯(lián)系起來,但要將性別也加入其中,實(shí)屬一樁難事,因?yàn)樗麄冊谶@方面的探索一直很有限。

        在很長一段時(shí)間內(nèi),神經(jīng)科學(xué)家通常只用雄性動物作為實(shí)驗(yàn)對象,因?yàn)樗麄儞?dān)心雌性動物的荷爾蒙周期會干擾結(jié)果。直到過去十年間,情況才開始改變,而事實(shí)也證明,他們原來多慮了。另一方面,研究者如今意識到,雄性嚙齒動物體內(nèi)的激素波動幅度不比雌性小——這種波動并非囿于某固定周期,而是對某些因素(例如在所處群體中的社會地位等)做出的反應(yīng)。自2016年以來,美國國立衛(wèi)生研究院(NIH)要求研究基金申請者不對實(shí)驗(yàn)動物進(jìn)行性別限定,或須合理解釋自己為什么只選某個(gè)性別的動物。

        性別影響人的神經(jīng)多樣性和精神障礙發(fā)生率,并貫穿一生。男孩面對著多種神經(jīng)發(fā)育問題的較高風(fēng)險(xiǎn),而在青春期和青春期以后,女性患上其他幾項(xiàng)神經(jīng)系統(tǒng)疾病的風(fēng)險(xiǎn)更高

        神經(jīng)科學(xué)家最近發(fā)現(xiàn),在雄性和雌性嚙齒動物正發(fā)育著的大腦中,小膠質(zhì)細(xì)胞(一種免疫細(xì)胞)的工作方式因性別而異,即使沒有任何感染,情況也是如此。研究人員推測,這些小膠質(zhì)細(xì)胞的行為可能使處于生命早期的男性更易出現(xiàn)神經(jīng)發(fā)育偏差和神經(jīng)發(fā)育障礙,但也會在以后提供保護(hù)。科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)了幾個(gè)與免疫反應(yīng)有關(guān)的基因,它們或有助于解釋為什么從青春期開始,女性面臨的風(fēng)險(xiǎn)增加。隨著時(shí)間推移,學(xué)界對這類性別差異有了更深刻的理解,針對神經(jīng)系統(tǒng)問題的治療有望實(shí)現(xiàn)因“性”制宜。

        辛辛那提大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家賈斯汀·博林格(Justin Bollinger)表示:“我們才剛剛開始研究這個(gè)方向。在很長一段時(shí)間里,專家們認(rèn)為只選雄性實(shí)驗(yàn)動物就夠了,因?yàn)槟信袨闊o異,對相同事物的反應(yīng)一致。這種科學(xué)信念影響巨大,也非??杀??!?/p>

        發(fā)育大腦的免疫力

        聯(lián)系大腦發(fā)育和免疫反應(yīng)的首個(gè)線索出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代后期,當(dāng)時(shí)研究人員檢索分析了芬蘭的出生記錄和精神病院記錄。1957年秋天,芬蘭曾經(jīng)歷流感大流行。他們發(fā)現(xiàn),在那年秋天經(jīng)歷妊娠中期的孕婦相比于經(jīng)歷妊娠早期或晚期的,其子女成年后被診斷為精神分裂癥并入院的可能性高出大約50%。

        上述發(fā)現(xiàn)得到了其他研究結(jié)果的支持。學(xué)界開始意識到,如果女性的免疫系統(tǒng)在懷孕期間被迫肩負(fù)起抵抗感染的任務(wù),她們的后代更易患上精神分裂癥。美國馬里蘭大學(xué)醫(yī)學(xué)院的神經(jīng)科學(xué)家瑪格麗特·麥卡錫(Margaret McCarthy)表示:“這確實(shí)引發(fā)了大量關(guān)注——免疫系統(tǒng)是如何令發(fā)育中的大腦出錯(cuò)的?”與此同時(shí),紐約的研究人員記錄下1964年風(fēng)疹暴發(fā)期間,感染風(fēng)疹的孕婦的孩子所面臨的各種神經(jīng)系統(tǒng)挑戰(zhàn),包括高到異常的自閉癥發(fā)病率。

        為模擬疾病暴發(fā)的影響并研究免疫-神經(jīng)關(guān)聯(lián)背后的機(jī)制,科學(xué)家給懷孕的大鼠和小鼠注射了非傳染性細(xì)菌或病毒片段——這會引發(fā)母親的免疫反應(yīng),進(jìn)而影響后代的免疫活動。之后,他們圍繞幼崽開展研究。

        這些研究都支持了“母親感染影響嬰兒大腦”的觀點(diǎn)。雖然很難說嚙齒動物會否出現(xiàn)自閉癥或精神分裂癥的特定跡象,但科學(xué)家確實(shí)觀察到,相比于平平安安誕生的幼崽,從遭逢過“免疫戰(zhàn)”的娘胎出來的幼崽更焦慮,社交能力也更弱。此類幼崽也擁有更多、更活躍的小膠質(zhì)細(xì)胞,它們占大腦的10%,是其常駐免疫細(xì)胞,主要工作職責(zé)為吞噬入侵的細(xì)菌、病毒和真菌,消化常規(guī)的細(xì)胞垃圾。不過它們所做的遠(yuǎn)不止這些,小膠質(zhì)細(xì)胞還會釋放生長因子以支持大腦。在胎兒發(fā)育過程中,它們能破壞神經(jīng)細(xì)胞之間不必要的連接,甚至把細(xì)胞給徹底清除了,這些操作對于神經(jīng)“線路系統(tǒng)”的塑造至關(guān)重要。如果小膠質(zhì)細(xì)胞在發(fā)育關(guān)鍵階段受感染,在一些科學(xué)家看來,塑造過程就可能出錯(cuò),大腦或?qū)⒁虼顺惺荛L期后果。

        當(dāng)感染激活孕婦的免疫系統(tǒng),促進(jìn)免疫反應(yīng)的分子便通過胎盤傳至胎兒,改變后者正在發(fā)育中的大腦

        到目前為止,科學(xué)家能在人類身上找到的用來證明上述影響的證據(jù)十分有限,但腦部掃描和尸檢研究都發(fā)現(xiàn),精神分裂癥和自閉癥患者體內(nèi)活躍的小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量異常繁多。

        兩性的小膠質(zhì)細(xì)胞

        在大腦發(fā)育與小膠質(zhì)細(xì)胞之間,性別因素又給本已足夠復(fù)雜未知的因果關(guān)聯(lián)增添了另一變量:即便一切正常,小膠質(zhì)細(xì)胞的發(fā)育也是因性別而異的。

        我們以2019年麥卡錫的“玩耍的幼鼠”研究為例。幼小動物的玩耍受到杏仁核的影響,眾所周知,睪丸激素對杏仁核的影響會使雄性幼崽偏好粗暴的玩耍方式,此傾向不見于雌性。研究人員發(fā)現(xiàn),雄性杏仁核內(nèi)的小膠質(zhì)細(xì)胞更為活躍——這是由產(chǎn)前睪酮暴露所致。高度活躍的雄性小膠質(zhì)細(xì)胞吞噬了另一種星形膠質(zhì)細(xì)胞。麥卡錫說道:“它們從事著‘細(xì)胞謀殺’的活動?!?/p>

        科學(xué)家觀察到,在女性的神經(jīng)系統(tǒng)里,這些星形膠質(zhì)細(xì)胞可以存活下來,并似乎抑制了杏仁核神經(jīng)細(xì)胞的激活——這種抑制似乎減少了粗暴行為。當(dāng)研究人員使用一種抗體來阻止雄性幼崽的小膠質(zhì)細(xì)胞殺死星形膠質(zhì)細(xì)胞后,幼崽變得不再粗魯了。用麥卡錫的話說,星形膠質(zhì)細(xì)胞的存在,會實(shí)時(shí)抑制神經(jīng)活動,阻遏粗暴的玩耍行為。

        除了上述發(fā)現(xiàn),還有很多研究都報(bào)道了嚙齒動物小膠質(zhì)細(xì)胞的性別差異。這些差異在生物體很幼小時(shí)即表現(xiàn)出來,并可能產(chǎn)生長期后果,尤其是在母親遭遇過感染(無論是自然感染還是實(shí)驗(yàn)室里的模擬感染)的情況下。例如2020年的一項(xiàng)聚焦齒狀回的小鼠實(shí)驗(yàn)。齒狀回是一塊參與學(xué)習(xí)和記憶的腦區(qū),精神分裂癥患者的齒狀回通常較小。研究團(tuán)隊(duì)對懷孕雌性小鼠施用病毒模擬物之后,觀察其誕下的雄性幼崽的齒狀回發(fā)育情況。結(jié)果齒狀回的突觸密度比普通幼鼠的更高——不管是興奮性突觸還是抑制性突觸,情況都如此。相比之下,對于雌性幼崽來說,病毒模擬物的“洗禮”導(dǎo)致興奮性突觸減少,而抑制性突觸密度幾乎沒有變化。這些“開”和“關(guān)”的突觸比例的變化與出現(xiàn)于精神分裂癥患者身上的突觸失衡情況相似,也顯示了性別差異。

        基于上述發(fā)現(xiàn)(以及其他研究成果),科學(xué)家給出假說:大腦內(nèi)的免疫激活會在生命早期改變小膠質(zhì)細(xì)胞,并以某種方式令大腦做好準(zhǔn)備以應(yīng)對后期出現(xiàn)的差異。美國特拉華大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家賈克琳·施瓦茨(Jaclyn Schwarz)表示:“這里頭的運(yùn)行機(jī)制究竟如何,人們還不清楚。有可能是雄性的小膠質(zhì)細(xì)胞因感染而‘分心’,跳過了它們在胎兒發(fā)育過程中原本通常會做的一些‘修剪’工作;又或者,雄性小膠質(zhì)細(xì)胞長期過度活躍,隨著大腦在兒童期、青春期和成年期的持續(xù)發(fā)育,修剪了過多的神經(jīng)連接?!?/p>

        女性的大腦

        施瓦茨指出,成年女性和青春期女孩更容易遭遇抑郁和焦慮等情緒障礙,這與前文提到的神經(jīng)線路的塑造關(guān)系不大,而與大腦內(nèi)正在進(jìn)行的化學(xué)過程有關(guān)。

        大腦并非免疫系統(tǒng)因性別而異的唯一地方,女性對感染的免疫反應(yīng)通常比男性更強(qiáng)。密歇根大學(xué)安娜堡分校的行為神經(jīng)科學(xué)家娜塔莉·特隆森(Natalie Tronson)表示,當(dāng)神經(jīng)科學(xué)家聚焦于雄性小鼠時(shí),免疫學(xué)家卻將更多注意力放到雌性動物身上,因?yàn)樗鼈儜?yīng)對感染所做出的免疫反應(yīng)通常比雄性更強(qiáng)烈。人類與小鼠一樣,也是女性的免疫反應(yīng)強(qiáng)于男性。當(dāng)然,她們?yōu)榇烁冻隽舜鷥r(jià)——患上狼瘡等自身免疫性疾病的風(fēng)險(xiǎn)更高。

        在抑郁癥患者的腦組織里,基因活動模式也因性別而異。弗吉尼亞理工大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)家佐治亞·霍德斯(Georgia Hodes)和同事研究發(fā)現(xiàn),抑郁癥女性腦中存在一種炎癥相關(guān)基因活動的變化,這是一種關(guān)鍵的免疫機(jī)制,而男性并無此模式。

        腦部炎癥與阿爾茨海默?。ˋD)密切相關(guān),而性別也會影響其中風(fēng)險(xiǎn):AD早期癥狀通常在60多歲時(shí)出現(xiàn),女性比男性更容易確診AD。在2021年的一項(xiàng)研究中,加州大學(xué)舊金山分校的生物信息學(xué)家瑪麗娜·西羅塔(Marina Sirota)和同事檢查了AD逝者的大腦,以確定其中哪些基因被打開或關(guān)閉了。他們發(fā)現(xiàn),相比正常女性,患AD女性的免疫活性會受到基因活性改變的影響;男性患者并未出現(xiàn)此類差異。西羅塔表示,要理解這些基因模式為何會在女性身上發(fā)生變化,以及它們?nèi)绾斡绊慉D的進(jìn)展,還有相當(dāng)多工作要做。

        對于男性來說,在生命早期階段導(dǎo)致神經(jīng)疾病風(fēng)險(xiǎn)增加的小膠質(zhì)細(xì)胞,卻可能有益于晚年健康。

        小鼠研究顯示,隨著動物年齡增長,即便是健康的雄性和雌性,其大腦也存在差異。美國俄克拉荷馬醫(yī)學(xué)研究基金會的神經(jīng)科學(xué)家比爾·弗里曼(Bill Freeman)和同事檢查了兩歲(這對于小鼠來說算高齡了)小鼠大腦內(nèi)遺傳活動和蛋白質(zhì)的模式,結(jié)果發(fā)現(xiàn),雖然兩性大腦的炎癥都隨年齡增長而加劇,但這種變化在女性身上表現(xiàn)得更突出。

        邁向健康公平的一步

        關(guān)于這些差異出現(xiàn)的原因,科學(xué)家目前還只能做出推測而非論斷。許多研究者認(rèn)為,雖然胎兒的基因不同于母親,但母親的免疫系統(tǒng)不可以攻擊胎兒,因此,懷孕會導(dǎo)致母親的免疫系統(tǒng)部分受到抑制,令她們更易因某些感染而患上嚴(yán)重疾病,例如COVID-19和水痘。

        霍德斯表示:“男性免疫系統(tǒng)似乎沒有這種靈活性。他們在整個(gè)生命周期里總是做出差不多的免疫反應(yīng),只不過會隨年齡增長而發(fā)生一些變化?!倍缘拿庖哽`活性卻在保護(hù)胎兒的同時(shí)承擔(dān)了損傷大腦的風(fēng)險(xiǎn)。

        對兩性免疫差異進(jìn)行分類,是了解性別、大腦和免疫系統(tǒng)如何在健康和疾病中相互作用的關(guān)鍵一步。找出這些差異的根源,并最終為不同人群開發(fā)不同的治療方法,對于實(shí)現(xiàn)“健康公平”至關(guān)重要。

        弗里曼說道:“我們正努力理解生物學(xué)、理解人類物種的多樣性,努力改善人類健康狀況?!?/p>

        資料來源 Knowable Magazine

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