虽然大脑和脊髓有其自身专门的免疫细胞队伍，但外周免疫系统配备了更庞大的蛋白质、细胞和整个器官（如脾脏）的军团，以抵御入侵者。过去十年，研究人员在理解外周免疫系统如何影响神经活动方面取得了巨大进展：即源自中枢神经系统外部的免疫信号如何影响认知过程、社会行为、神经退行性变等等。事实上，他们已经了解到，来自外周的免疫细胞会定期巡逻中枢神经系统并支持其功能。在最近的一项研究中，研究人员首次表明，正如大脑记住人、地点、气味等等一样，它也会存储他们所谓的身体过去感染的“记忆痕迹”。重新激活编码这些信息的相同脑细胞足以迅速召唤外周免疫系统来防御高风险组织。
在某些方面，这并非完全令人惊讶。很明显，外周免疫系统能够保留有关过去感染的信息，以对抗未来的感染——否则，疫苗就不会起作用。但以色列理工学院的神经免疫学家、该论文的资深作者阿西娅·罗尔斯表示，这项研究扩展了经典免疫记忆的概念。最初，她对大脑能够存储免疫活动痕迹并利用它们来触发如此精确的反应感到震惊。“我感到非常惊讶，”她说。
罗尔斯的团队专注于一个名为脑岛皮层的脑区，该区域通过内脏信号（如温度、疼痛、饥饿以及研究人员推断的免疫活动）来感知身体的内部状态。他们研究了患有结肠炎（一种肠道炎症）的小鼠品系，并使用荧光标记来拍摄脑岛皮层中在感染期间变得活跃的脑细胞群体的快照。
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在感染和免疫反应消退后，研究人员给小鼠注射了一种药物，人为地重新激活了那些相同的脑细胞群体。他们对所看到的结果感到震惊：重新激活后，脑岛皮层引导免疫系统在最初炎症部位的肠道中发起有针对性的反应——即使那时，没有感染、组织损伤或病原体引发的局部炎症。大脑保留了某种感染记忆，并准备重新发起战斗。
“这个结果让我们大吃一惊，因为我们真的没有预料到，”该论文的第一作者、以色列理工学院的塔玛·科伦说。“我想，这是我们的顿悟时刻。”
在患有腹腔感染的小鼠中重复实验产生了类似的结果。然而，脑岛皮层如何与器官交流以刺激免疫反应仍不清楚。
为了开始回答这个问题，研究人员使用荧光示踪剂绘制了允许大脑与肠道和腹腔交换信息的神经连接图。科伦怀疑，这种通路只是一种沟通方式。她说，脑岛皮层也可能向身体的组织内膜发送信号或调节激素水平，以帮助重新激活免疫反应。
范斯坦医学研究所所长、神经外科医生凯文·特雷西表示，尽管可能还有其他大脑区域参与其中，但脑岛皮层是正确的起点，他没有参与这项研究。特雷西在 20 世纪 90 年代表明，连接到脑干的特定神经可以与外周免疫细胞对话，并在免疫反应损害身体之前将其抑制。这种现象现在被称为炎症反射，是神经回路可以控制外周免疫系统的第一个证据。它现在正被用于治疗类风湿性关节炎等自身免疫性疾病。
特雷西说，这项研究提供了“无可辩驳的”证据，证明中枢神经系统可以控制外周免疫系统。“这对神经科学和免疫学领域来说是一项极其重要的贡献。”
正如研究人员已将感觉和运动处理追踪到特定的大脑区域一样，特雷西怀疑也存在类似的免疫信息神经“地图”。他说，这项研究是该地图的第一个直接证据。“看到接下来会发生什么，将非常令人兴奋，”他补充道。
罗尔斯的实验室已经开始根据其团队的发现设计治疗慢性肠道炎症的临床试验。许多肠道疾病，如炎症性肠病，是由压力或强烈情绪引发的。研究人员认为，这会导致脑岛皮层中的神经元错误放电，重新激活免疫记忆并引发错误的免疫反应。他们通过简单地减少脑岛皮层的激活，成功地缓解了小鼠的结肠炎，他们怀疑将人类患者置于功能性磁共振成像机器中，并教导他们有意识地减少该区域的活动，可以减轻肠道炎症，减少对药物的依赖。罗尔斯解释说，让大脑做出反应，将是她的团队所能期望的最平衡和个性化的反应。