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大约五年前，斯坦福大学的一个科学家团队开始研究发育中的大脑如何建立其最终的突触集合，突触是神经系统细胞彼此之间以及与非神经细胞之间进行交流的连接。但是，当他们试图找出相关基因时，意想不到的事情发生了：他们偶然发现了 C1q，这是一个在人体免疫系统中起重要作用的蛋白质的基因。
“我们当时想，‘等等——这是一种免疫系统分子。它在大脑里做什么？’” 首席研究员、神经生物学家本·巴雷斯回忆说。“这让我们震惊了。”
在那之前，大多数科学家都认为健康的大脑是“免疫特权”的，或者没有免疫细胞。但是，巴雷斯的团队是过去十年中几个不仅发现正常大脑中存在这种分子，而且还发现它们在那里发挥着独特而重要作用的团队之一。专家表示，这些发现为大脑的运作方式以及自闭症和阿尔茨海默病等某些神秘疾病的发生原因提供了一个新的窗口，可能会为治疗这些疾病的新疗法铺平道路。
加州大学圣地亚哥分校的神经生物学家丽莎·布兰杰说：“大脑对某些类型的免疫监视是不可见的。整个身体都一直处于免疫监视之下。这种监视对于大脑中的感染来说并不那么迅速或有效。这被认为是免疫系统不存在于大脑中的证据。”
哈佛大学的研究人员在1998年发表的一项研究中首次打破了这一理论。由神经科学家卡拉·沙茨领导的一个团队正在进行一项常规程序，旨在识别神经元放电调节的基因，结果意外地出现了一个编码主要组织相容性复合体（MHC）I类分子的基因，该分子在帮助免疫系统识别入侵病原体方面起着至关重要的作用。
进一步的研究表明，这些所谓的免疫蛋白实际上存在于某些神经细胞的表面，但它们在大脑中的功能与在身体其他部位的功能不同。它们不是寻找细菌，而是影响神经元之间发送的信号。“这些分子似乎控制着突触连接的加强或减弱方式以及它们的稳定性，” 沙茨说。
她说，特别是，它们似乎对突触可塑性或灵活性起着“刹车”的作用。“缺乏这些分子的老鼠似乎比正常老鼠能够更快地通过经验改变它们的大脑回路，” 沙茨说。“我们认为这些分子对于限制连接非常重要，”她补充说，并指出，如果突触过于可塑，它们可能会引发一系列问题，从不稳定的脑回路到癫痫发作，癫痫发作是由过度的神经元放电引起的。
其他人随后的研究证实了免疫分子在保持大脑平稳运作中的重要性。人类天生具有比必需的更多的突触；作为正常发育过程的一部分，在童年时期，微弱和不必要的连接会逐渐被消除。巴雷斯和他的同事发现，C1q——他们在脑中意外发现的免疫蛋白——的产生高峰与突触被修剪的时间一致。更重要的是，缺乏这种蛋白质的动物即使成年后，它们的大脑中仍然有额外的连接。
经过进一步检查，巴雷斯与缅因州巴尔港杰克逊实验室的神经科学家西蒙·约翰合作发现，C1q 似乎与与青光眼相关的突触损失有关。患有这种眼疾（会损害视神经并导致视力丧失）的小鼠的免疫分子水平较高，该分子在神经元死亡之前会在视网膜突触处积累。
科学家们认为，大脑中的免疫蛋白可能非常重要，以至于发育过程中的紊乱也可能导致自闭症和精神分裂症等疾病。例如，研究表明，如果女性在怀孕期间接触病毒，可能会增加她的孩子患上这些疾病之一的可能性。布兰杰推测，大脑中的免疫分子可能是其中的联系。
当孕妇接触病毒时，它会激活她的免疫反应，并影响其胎儿体内某些免疫蛋白的水平。但是在胎儿的大脑中，一些免疫分子被其他工作占据，帮助突触的形成和重塑。“这些分子在大脑中有一种‘夜间工作’，这与它们的免疫工作完全不同，” 布兰杰说。在胎儿发育期间，“这些分子正忙于构建大脑——你不想破坏它们。”她说，如果这些分子在胎儿中被拉入免疫功能，可能会扰乱大脑发育并导致神经发育障碍。
布兰杰最近发现，降低小鼠体内和大脑中的MHC I类分子水平足以引起小鼠自闭症和精神分裂症的生化和行为症状。她现在正在研究这在人类中是否也是如此，方法是研究自闭症和精神分裂症患者的体液样本（以及尸检期间提取的大脑组织），以寻找MHC I类水平异常的证据。
如果这种联系成立，它可以为两种最神秘的神经系统疾病的病因提供重要的新见解。“这也可能为药物开发提供一种完全奇怪和意想不到的策略，” 布兰杰说。“也许改变免疫信号传递会对其中一些患者有所帮助。”
但研究人员说，新发现可能不仅有助于阐明免疫分子在发育中的大脑中的作用，还有助于解释神经退行性疾病的分子过程。突触损失是阿尔茨海默氏症和类似疾病早期阶段的典型症状。巴雷斯推测，在年轻大脑中帮助消除不必要突触的相同免疫分子可能会在晚年错误地破坏必要的突触，从而导致这些神经退行性疾病的症状。
“这种正常发育大脑的途径是否会在成年大脑发生神经损伤或神经退行性疾病的情况下重新激活？”他说。
最重要的是：发现免疫分子与其他类型的大脑退化和损伤之间的联系可能会开创一个全新的治疗靶点类别。
沙茨说：“一扇通往思考大脑退化的新方法的大门已经敞开，而且免疫学和神经学的交叉点值得更多的研究。”她补充说，“现在还处于早期阶段。我们都对这两个领域的融合感到兴奋。”