Определенным клеткам мозга требуется железо для производства белого вещества, которое обеспечивает эффективную связь между клетками центральной нервной системы. Белое вещество относится к белоснежным пучкам миелина, защитному покрытию аксонов, которые выступают из основного тела клетки мозга.
Ученые вызвали легкую инфекцию E. coli у 3-дневных мышей. Это вызвало временную воспалительную реакцию в их мозгу, которая разрешилась в течение 72 часов.
Это воспаление мозга, хотя и мимолетное, препятствовало хранению и высвобождению железа, что временно привело к снижению доступности железа в мозге. Исследователи говорят, что когда железо было необходимо больше всего, оно было недоступно.
«Важно то, что время воспаления во время развития мозга переключает механизмы мозга с развития на попытки справиться с воспалением», — сказал Джонатан Годбаут, доцент нейробиологии в Университете штата Огайо и старший автор исследования. «Следствием этого является аномальное хранение железа нейронами, которое ограничивает доступ железа к остальной части мозга».Исследование опубликовано в выпуске журнала Neuroscience от 9 октября 2013 года.Клетки, которым необходимо железо в этот критический период развития, называются олигодендроцитами, которые производят миелин и обертывают его вокруг аксонов.
В текущем исследовании неонатальная инфекция заставляла нейроны увеличивать запасы железа, что лишало его олигодендроцитов.На других мышах ученые подтвердили, что инфекция неонатальной кишечной палочки была связана с проблемами координации движений и гиперактивностью два месяца спустя, что эквивалентно молодости у людей. Мозг этих же мышей содержал более низкие уровни миелина и меньшее количество олигодендроцитов, что позволяет предположить, что кратковременное снижение доступности железа в мозге на раннем этапе развития оказывает долгосрочное влияние на миелинизацию мозга.Время инфицирования новорожденных мышей обычно совпадает с поздними стадиями третьего триместра беременности у людей.
Процесс миелинизации начинается во время внутриутробного развития плода и продолжается после рождения.Хотя другие исследователи наблюдали связь между инфекциями новорожденных и влиянием на миелин и поведение, ученые не выяснили, почему эти ассоциации существуют.
Группа Godbout фокусируется на понимании того, как активация иммунной системы может вызвать неожиданные взаимодействия между центральной нервной системой и другими частями тела.«Мы не первые, кто показал, что ранние воспалительные явления могут изменить мозг и поведение, но мы первые, кто предложил подробный механизм, связывающий неонатальное воспаление с физиологическими изменениями в центральной нервной системе», — сказал Дэниел МакКим, ведущий автор. на бумаге и студент программы аспирантуры по неврологии штата Огайо.Инфекция новорожденных вызвала несколько изменений в физиологии мозга.
Например, у инфицированных мышей увеличились маркеры воспаления, изменилось хранение железа в нейронах, а в мозге уменьшилось количество олигодендроцитов и миелина. Важно отметить, что нарушения миелинизации головного мозга соответствовали поведенческим и двигательным нарушениям через два месяца после заражения.Хотя неизвестно, продлятся ли эти проблемы с движением всю жизнь, МакКим отметил, что «поскольку эти нарушения продолжались у людей до раннего возраста, они, вероятно, будут относительно постоянными».Снижение миелинизации, связанное с проблемами движения и поведения в этом исследовании, также было связано с шизофренией и расстройствами аутистического спектра в предыдущей работе других ученых, сказал Годбаут, также исследователь из Института исследований поведенческой медицины штата Огайо (IBMR).
«Дополнительные исследования в этой области могут подтвердить, что поведенческие осложнения у человека могут возникать из-за воспаления, изменяющего структуру миелина. Частью этого являются шизофрения и аутизм», — сказал он.Это текущее исследование не выявило потенциальных вмешательств для предотвращения этих эффектов ранней инфекции.
Годбаут и его коллеги предполагают, что материнское питание — например, диета с высоким содержанием антиоксидантов — может помочь снизить воспаление в головном мозге, которое возникает после неонатальной инфекции.«Пренатальный и неонатальный периоды — это очень активное время для развития», — сказал Годбаут. «Это действительно ключ — эти воспалительные процессы в критические моменты развития, кажется, имеют глубокие последствия. Мы могли бы просто захотеть больше подумать об этом с клинической точки зрения».
Эта работа — результат тесного сотрудничества Godbout; Нин Цюань и Майкл Бейли из Отделения биологии полости рта штата Огайо и IBMR; Дана МакТиг из Департамента неврологии и Центра восстановления головного и спинного мозга штата Огайо; и Стейси Бильбо из Университета Дьюка. Дополнительными соавторами из штата Огайо являются Жаклин Либлейн-Бофф (теперь с Abbott Nutrition), Дэниел МакКим, Дэниел Ши, Пинг Вэй, Чжэнь Дэн и Кэролайн Савицки.
Исследование проводилось при поддержке Abbott Nutrition и Национальных институтов здоровья.