據(jù)估計，世界上30%的人口長期感染寄生蟲弓形蟲(Toxoplasma gondii)。大多數(shù)人的感染都沒有明顯的影響，但對于免疫系統(tǒng)受到抑制的人，例如癌癥治療人員或感染艾滋病毒/艾滋病的人來說，這可能會危及生命。孕婦也可以將感染傳染給未出生的孩子，使嬰兒面臨嚴重神經(jīng)系統(tǒng)疾病的風(fēng)險。

眾所周知，“Toxo”可以影響大腦，甚至影響其宿主的行為。但科學(xué)家們已經(jīng)確切地討論了寄生蟲如何穿過血腦屏障，這是一種旨在將病原體排出大腦的物理障礙。

現(xiàn)在，來自賓夕法尼亞大學(xué)獸醫(yī)學(xué)院的研究人員和來自全國各地的同事已經(jīng)確定了寄生蟲是如何進入的。利用強大的成像技術(shù)，科學(xué)家們可以追蹤寄生蟲在活組織中的存在和運動，研究人員發(fā)現(xiàn)，弓形蟲感染大腦內(nèi)皮細胞，這些細胞排列血管，在其內(nèi)部繁殖，然后繼續(xù)侵入中樞神經(jīng)系統(tǒng)。

“跨越血腦屏障是一種罕見的事件，部分原因是這種結(jié)構(gòu)旨在保護大腦免受病原體的侵害，”Penn Vet的Mindy Halikman Heyer總裁杰出教授Christopher Hunter說。“然而它發(fā)生了，我們現(xiàn)在已經(jīng)能夠看到這些事件。這是以前沒有人見過的東西。”通過闡明病原體進入大腦的路徑，該研究有助于了解哪種治療策略可能最有效地對抗寄生蟲，然后才能造成最嚴重的損害。

該研究發(fā)表在Nature Microbiology上。Hunter是這項研究的資深作者，由Hunter實驗室的博士后研究員Christoph Konradt領(lǐng)導(dǎo)。

已經(jīng)考慮了一些不同的理論來解釋弓形蟲如何進入大腦。

有些人認為寄生蟲在屏障細胞之間擠壓，而另一些人則認為寄生蟲直接穿過細胞。亨特說，另一個“受微生物學(xué)家喜愛的想法”是特洛伊木馬假說，其中寄生蟲在隱藏在受感染的宿主細胞內(nèi)的情況下搭便車穿越屏障。

Konradt使用Penn Vet的多光子顯微鏡，它可以讓他們深入到活組織中而不會損壞它們，試圖目睹寄生蟲的入侵。在這些研究中，他們使用經(jīng)過特殊培育的小鼠在其內(nèi)皮細胞中表達熒光綠色蛋白。然后他們用表達紅色熒光蛋白的修飾的弓形蟲感染小鼠。

一周后，他們看到大腦中被感染的內(nèi)皮細胞，以及寄生蟲在這些細胞內(nèi)繁殖的證據(jù)。感染后兩周，他們發(fā)現(xiàn)寄生蟲出現(xiàn)在與內(nèi)皮細胞相鄰的腦組織中。

在另外的實驗中，他們能夠看到被感染的內(nèi)皮細胞破裂的寄生蟲，從而將寄生蟲引入大腦。

研究人員還想重新審視特洛伊木馬假說，看看，如果提出的話，感染的單核細胞(一種免疫細胞)是否可能負責(zé)將寄生蟲帶入大腦。為了測試這一點，研究小組用一種標記為紅色的Toxo感染單核細胞，這種形式無法繁殖，然后將這些細胞引入小鼠體內(nèi)。如果單核細胞確實是一種特洛伊木馬，那么科學(xué)家們就會發(fā)現(xiàn)寄生蟲會破壞血腦屏障。但他們只看到血管內(nèi)的感染細胞，這些細胞無法穿過血腦屏障。

為了進一步闡明Toxo通過身體感染和傳播的機制，研究人員專門研究了游離寄生蟲的水平，即寄生蟲尚未感染或被宿主細胞吞噬。

他們驚訝地發(fā)現(xiàn)，大約三分之一的小鼠總寄生蟲負荷中有很大一部分存在于血液中的游離寄生蟲中。

康拉德說：“我認為我們預(yù)計會在細胞外看到少量寄生蟲，因為它們必須從一個細胞移動到一個細胞。” “但我認為沒有人完全理解大量的寄生蟲是免費的并且能夠感染脈管系統(tǒng)中的其他細胞。”

然而，這種游離寄生蟲的存在是短暫的。感染后10天，大多數(shù)小鼠的血液中沒有游離寄生蟲。

“從治療的角度來看，”亨特說，“這意味著，如果孕婦第一次感染，那么寄生蟲可以穿過胎盤并影響胎兒的時間相當短。這告訴我們，針對這些在這個狹窄的窗口期間血液中的階段可以有效地預(yù)防先天性傳播。“

作為最終測試，看看寄生蟲是否可以直接從血液中進入大腦，研究人員用正常寄生蟲和無法繁殖的突變體的混合物感染小鼠，每種都用不同顏色標記。然后他們表明只有正常的繁殖寄生蟲進入功能性腦組織。

“這表明寄生蟲必須復(fù)制才能從血液擴散到其他組織，”Konradt說。“這可能意味著阻止復(fù)制的藥物可以有效預(yù)防傳播。”

該團隊的研究結(jié)果表明，目前關(guān)于弓形蟲如何穿過血腦屏障的理論可能不是大腦感染的主要方式。相反，寄生蟲直接從血液進入內(nèi)皮細胞，在那里它們復(fù)制，導(dǎo)致細胞破裂，然后感染鄰近的腦細胞。

除了對弓形蟲感染的影響之外，該研究還可以深入了解其他病毒，細菌和寄生蟲病原體如何從血液進入大腦。

“Toxo是研究血管免疫的一個非常好的模型，”Konradt說。