Bilim İnsanları Beynin Enfeksiyonlara Karşı Savunmasının Bağırsaklarda Başladığını Buldular

Fotoğraf-1: (1) Bilim insanlarının bulguları Nature dergisinde “Bağırsak Eğitimli IgA Plazma Hücreleri Meningeal Venöz Sinüsleri Savunur” başlıklı bir makalede yayınlandı. Makale; farelerde ve insanlarda, B hücrelerinden oluşan plazma hücrelerinin incelenmesi ile, ilk olarak bağırsaklarda antikor üreten hücrelerin, merkezi sinir sistemini çevreleyen bölgelerde de mevcut olduğunun ve mikroorganizmalara karşı bağırsaklardan beyine uzanan bir savunma hattının kanıtlarını sunuyor. (2)

Beyin, istilacı bakteri ve virüslere karşı eşsiz bir şekilde korunmuştur, ancak savunma mekanizması uzun zamandır gizemini korumaktadır. Şimdi, insan örneklerinde de doğrulanmış olan, fareler üzerinde yapılan bir araştırma, beynin kendi savunmasında şaşırtıcı bir müttefike sahip olduğunu gösterdi: bağırsaklar.

Beyin, diğer vücut sistemlerinin çoğunu kontrol ettiği ve muhakeme, zeka ve duyguları mümkün kıldığı için muhtemelen vücuttaki en önemli organdır. İnsanoğlu, beyinde fiziksel hasarın önlenmesi için koruyucu bir dizi evrim geçirmiştir: beyin, sağlam-kemiksi bir kasanın içine – kafatasına – yerleşmiştir ve meninksler (beyin zarları) olarak bilinen geçirimsiz dokudan oluşan üç katmanla sarılmıştır. (Sert zar, Örümceksi zar ve ince zar). (3)

Fotoğraf-2: Beyin zarlarını gösteren bir diyagram. Sert zar (Dura mater), Örümceksi zar (Arachnoid mater), İnce zar (Pia mater). Kan damarları, İnce zar içine yerleşmiştir. Beyin-omurilik sıvısı ise Örümceksi zar ile İnce zar arasında bulunur. (3)

Ancak, vücudun beyni enfeksiyonlara karşı nasıl savunduğu net olarak bilinmemektedir. Bedenin başka organlarında, bakteri veya virüsler kan dolaşımına girerse, bağışıklık sistemimiz, istilacıyı hedef alıp ortadan kaldıran bağışıklık hücreleri ve antikorlar ile faaliyete geçer. Buna karşın, beyin zarları, bu bağışıklık hücrelerinin beyne girmesini engelleyen geçirimsiz bir bariyer oluşturur.

Nature dergisinde yayınlanan araştırmada, İngiltere’de Cambridge Üniversitesi ve ABD’de Ulusal Sağlık Enstitüsü’ndeki bilim insanları liderliğinde bir ekip; meninkslerin, antikor salgılayan plazma hücreleri olarak bilinen bağışıklık hücrelerine ev sahipliği yaptığını buldu. Bu plazma hücreleri, meninksler içinde ilerleyen büyük kan damarlarının yanına spesifik olarak konumlanmış olup, beynin çevresini savunmak için kendi antikor “muhafızlarını” salgılıyorlardı. Ancak araştırmacılar, bu hücreler tarafından üretilen spesifik antikor tipine baktıklarında, bir sürprizle karşılaştılar. Gözlemledikleri antikor normalde bağırsakta bulunan bir türdü.

Plazma hücreleri, B hücresi olarak bilinen özel bir bağışıklık hücresi türünden üretilir. Her B hücresinin yüzeyinde o hücreye özgü bir antikor bulunur. Bir antijen (bir bakteri veya virüsün bir bağışıklık tepkisini tetikleyen kısmı) bu yüzey antikoruna bağlanırsa, B hücresi aktive olur: aynı antijeni tanıyan yeni yavrular oluşturmak için bölünür.

Bölünme sırasında B hücresi, antikor geninde bir mutasyon oluşturur, böylece bir amino asit değiştirilir ve bağlanma özellikleri biraz farklı olur. Bu B hücrelerinden bazıları artık patojene daha iyi bağlanmayı sağlayan antikorlar üretir, bunlar yayılmaya ve çoğalmaya devam eder. Antikorları, bağlanmada daha az iyi olan B hücreleri ölür. Bu durum, belirli antijenleri hedeflemeyi ve yok etmeyi sağlamak için vücudun en iyi antikorları üretmesine yardımcı olur.

Fotoğraf-3: Plazma hücreleri, virüsleri işaretlemek ve ardından yok etmek için spesifik antikorlar üretir (4)

Normalde kanda bulunan antikorlar dalakta ve kemik iliğinde üretilen, immünoglobulin G (IgG) olarak bilinen bir türdür, bu antikorlar vücudun genelini korur. Ancak bu araştırmada, beyin zarlarında tespit edilen antikorlar, genellikle bağırsak çeperinde veya burun veya akciğerlerin iç yüzeyinde üretilen immünoglobulin A (IgA) türündedir. IgA, mukozal yüzeyleri, dış çevre ile arayüz oluşturan yüzeyleri korur.

Araştırma ekibi, bağırsak ve beyin zarlarındaki B hücrelerinde ve plazma hücrelerindeki antikor genlerini sıralamayı başardı ve bunların akraba olduğunu tespit etti. Başka bir deyişle, beyin zarlarında son bulan hücreler, belirli patojenleri tanıdıkları bağırsakta seçici olarak çoğalmış hücrelerdir. Bu bulgu, bağırsak eğitimli antikor üreten hücrelerin merkezi sinir sistemini çevreleyen bölgelerde yaşadığını ve savunma yaptığını gösterdi.

Cambridge Üniversitesi Tıp ve CITIID (Cambridge Institute of Therapeutic Immunology & Infectious Disease) Bölümü’nden ve Wellcome Sanger Enstitüsü’nden oluşan bilimsel ekibin lideri Profesör Menna Clatworthy, şöyle açıklama yaptı: “Beynin, meninkslerin fiziksel engelinin ötesinde, kendisini enfeksiyondan tam olarak nasıl koruduğu, yıllardır gizemli bir konuydu, ancak önemli bir savunma hattının bağırsaklarda başladığını bulmamız hayli şaşırtıcıydı.”(1)

Fotoğraf-4: IgA modeli (5)

“Ama aslında, bu çok mantıklı: bağırsak bariyerinin çok küçük bir çatlağı bile mikropların kan dolaşımına girmesine izin verecek ve eğer beyine yayılabilirlerse, yıkıcı sonuçlar doğuracaktır. Meninkslerin, bağırsak mikroplarını tanımak için seçilmiş olan antikorları üreten hücreler ile donatılması, büyük ihtimalle istilacılara karşı savunma sağlar.”

Ekip, bu keşfi, insan vücudunda bulunanlara benzer birçok özelliği taşıdıkları için yaygın olarak fizyoloji çalışmalarında kullanılan fareleri kullanarak yaptı. Farelerin bağırsaklarında bakteri olmadığı zaman, meninkslerde IgA üreten hücrelerin bulunmadığını gösterdiler ve bu çalışma, bu hücrelerin kökeninin aslında meninkslere yerleşmeden önce bağırsak mikroplarını tanımak için seçildikleri bağırsaklar olduğunu gösterdi. Araştırmacılar meninkslerdeki plazma hücrelerini çıkardıklarında – ve dolayısıyla mikroorganizmaları yakalayacak IgA bulunmadığında – mikroplar kan dolaşımından beyne yayılabildiler.

Ekip, fare deneylerinden sonra, ameliyat sırasında alınan örnekleri analiz ederek, insanın beyin zarlarında da IgA hücrelerinin varlığını doğruladı. Yeni keşfedilen bu bağırsak-beyin savunma sisteminin, insanları merkezi sinir sistemi enfeksiyonlarına (menenjit ve ensefalit) karşı korumada önemli bir rol oynayacağı düşünülüyor.

Kaynak: sciencedaily.com

(1) https://naplescfm.com/news/are-the-brain-and-the-gut-connected/

(2) Fitzpatrick, Z et al. Gut-educated IgA plasma cells defend the meningeal venous sinuses. Nature, 2020 DOI: 1038/s41586-020-2886-4

(3) https://www.brainandspine.org.uk/our-publications/our-fact-sheets/meningitis/

(4) For Immune Cells, Protecting the Brain Takes Guts (genengnews.com)

(5) Studies shed new light on the interactions between gut microbiota (gutmicrobiotaforhealth.com)