Ул. Ученые Детской исследовательской больницы Джуда обнаружили, как кусочки бактериальной клеточной стенки пересекают плаценту и попадают в развивающиеся нейроны, изменяя анатомию мозга плода и когнитивные функции после рождения. Исследование опубликовано сегодня в научном журнале Cell Host & Микроб.
Результаты экспериментальной модели обеспечивают возможный механизм, который может лежать в основе связи между бактериальными инфекциями матери во время беременности и повышенным риском аутизма и других когнитивных проблем у детей. Исследование также поднимает вопросы о том, какой класс антибиотиков следует использовать для лечения таких инфекций.
"Открытие было неожиданным, поскольку пневмококковые инфекции у детей и взрослых могут приводить к менингиту и гибели нейронов," сказала автор-корреспондент исследования Элейн Туоманен, M.D., кафедра Св. Джуд Департамент инфекционных болезней. "Это исследование на мышиной модели бактериальной инфекции показало, что пренатально верно обратное. Данные свидетельствуют о том, что материнские инфекции вызывают сигнальное событие, которое приводит к пролиферации и реорганизации нейронов в развивающемся мозге, который каким-то образом дефектен, возможно, из-за перенаселенности."
Исследователи впервые показали, что части стенки бактериальной клетки пересекают плаценту и попадают в мозг плода, вызывая пролиферацию незрелых нейронов. Данные свидетельствуют о том, что распространение было вызвано ранее неизвестным путем, который включает в себя врожденную иммунную систему и белок, регулирующий экспрессию генов.
Распространение привело к 50-процентному увеличению нейронов в области развивающегося мозга, которая становится корой, которая отвечает за мысли, действия и другие высшие функции.
Исследователи также сообщили, что мыши, подвергшиеся воздействию бактериальной клеточной стенки на ранних этапах развития плода, позже показали показатели памяти и когнитивного функционирования ниже среднего. Исследователи обнаружили доказательства того, что лечение материнской инфекции антибиотиком ампициллином, который уничтожает бактерии и отправляет части клеточной стенки в кровоток, привело к аналогичному увеличению нейронов.
Туоманен сказал, что результаты вызывают вопросы о том, какой класс антибиотиков следует использовать для лечения бактериальных инфекций во время беременности. "Это исследование предполагает, что широко используемые антибиотики, такие как ампициллин, которые вызывают разрушение бактерий и высвобождение клеточной стенки, могут привести к изменениям в развивающемся мозге," она сказала. "Такие изменения не происходили у мышей, получавших антибиотики, такие как клиндамицин, которые убивают, не высвобождая клеточную стенку.
"Необходимы дополнительные исследования, чтобы понять долгосрочное влияние различных классов антибиотиков на исходы беременности," Туоманен сказал.
Работая на клетках, растущих в лаборатории и на мышах, исследователи показали, как части стенки пневмококковой клетки связываются с рецептором фактора активации тромбоцитов (PAFr) для транспортировки через плаценту и попадания в мозг плода.
Там, вместо того, чтобы вызывать воспаление и гибель клеток, в течение нескольких часов клеточная стенка бактерий включила экспрессию белка FoxG1. FoxG1 – это фактор транскрипции, который управляет нейрональной пролиферацией. Размножение произошло на ранних сроках беременности глубоко в области мозга, называемой зоной желудочков. В течение нескольких дней исследователи задокументировали 50-процентное увеличение нейронов в корковой пластинке, которая становится корой головного мозга.
Исследователи также сообщили, что компонент врожденной иммунной системы играет ключевую роль в распространении, а не в воспалении. Белок под названием toll-like рецептор 2 (TLR2) помогает клеткам распознавать бактерии и защищаться от них. Данные этого исследования свидетельствуют о том, что TLR2 взаимодействует с родственным белком TLR6, чтобы управлять пролиферацией в ответ на клеточную стенку бактерий.
Без TLR2 незрелые нейроны плода не размножались. Исследователи также сообщили, что пролиферация не происходила у эмбриональных мышей, у которых отсутствовали PAFr или TLR2, что позволяет предположить, что оба белка играют роль в реакции мозга на клеточную стенку бактерий.
"Необходимы дополнительные исследования, чтобы понять, как передача сигналов клеточной стенки бактерий вызывает пролиферацию через этот недавно идентифицированный путь, который связывает врожденный иммунный рецептор TLR2 с фактором транскрипции FoxG1, чтобы управлять нейральной пролиферацией у плода," Туоманен сказал. "Этот же механизм может привести к новым стратегиям восстановления или замены нейронов, потерянных в результате болезни или травмы."