世界各地数百名科学家正在寻找治疗心脏病的方法。但很少有人从Hedva Haykin的地方开始:大脑。

海法以色列理工学院(Technion - Israel Institute of Technology)的博士生海金(Haykin)想知道,刺激大脑中与积极情绪和动机有关的区域是否会影响心脏的愈合。

去年年底,在一间没有窗户的小显微镜室里,她从一个薄薄的黑盒子里一个接一个地拿出幻灯片。它们上面有几片心脏,比南瓜子还小,来自于经历过心脏病发作的老鼠。在显微镜下,一些样本明显被梗死后留下的疤痕所破坏。另一些则显示,在健康的红色细胞条纹中,仅可见损伤斑点。

海金解释说,心脏外观的差异源于大脑。看起来更健康的样本来自那些接受了与积极情绪和动机有关的大脑区域刺激的老鼠。那些有疤痕的小鼠来自未受刺激的小鼠。

海金说:“一开始,我们确信这太好了,不可能是真的。”她补充说,只有在重复实验几次之后,她才能够接受她所看到的效果是真实的。

海金和她在以色列理工学院的导师——神经免疫学家阿斯亚·罗尔斯和心脏病学家利奥·格普斯坦——正试图弄清楚这是如何发生的。根据他们迄今为止尚未发表的实验,激活这个被称为腹侧被盖区(VTA)的大脑奖励中心,似乎可以引发有助于减少疤痕组织的免疫变化。

这项研究源于数十年的研究,这些研究指出了一个人的心理状态对心脏健康的贡献1.在一种众所周知的“心碎综合症”中,压力极大的事件会产生心脏病发作的症状,在极少数情况下甚至会致命。相反,研究表明,积极的心态可以为心血管疾病患者带来更好的结果。但这些联系背后的机制仍然难以捉摸。

罗尔斯习惯了对她实验室里的结果感到惊讶,她的主要研究重点是大脑如何指导免疫反应,以及这种联系如何影响健康和疾病。虽然罗尔斯在讨论她的小组正在进行的各种研究时几乎无法抑制她的兴奋,但她也很谨慎。由于她的团队的发现往往出乎意料,她从不让自己相信一个实验的结果,直到它们被重复多次——这是海金和她的团队的其他人采取的政策。“你需要一直用这些东西说服自己,”Rolls说。

对罗尔斯来说,这项工作的意义是广泛的。她想为许多临床医生和研究人员都意识到的一种现象提供解释:精神状态会对我们的病情有深远的影响,以及我们的康复情况。在罗尔斯看来,弄清楚这是如何发生的,可以让医生利用精神对身体的力量。她说,了解这一点有助于增强安慰剂效应,消灭癌症,增强对疫苗接种的反应,甚至重新评估几个世纪以来一直被认为是心理驱动的疾病。“我认为我们已经准备好说,心身疾病可以得到不同的治疗。”

她是越来越多的科学家中的一员,他们正在研究大脑对身体免疫反应的控制。神经系统和免疫系统之间有多条通信线路——从皮肤等器官中的局部小电路,到从大脑开始的更远距离线路——在从自身免疫到癌症等广泛疾病中发挥作用。纽约市西奈山伊坎医学院(Icahn School of Medicine)的免疫学家菲利普·斯威斯基(Filip Swirski)说,这一领域“在过去几年里确实出现了爆炸性增长”。

第二脑和先天淋巴细胞。神经元细胞,先天淋巴细胞

神经细胞(红色)在肠道界面与免疫系统的细胞(绿色)。图源:劳拉·桑托斯/维加-费尔南德斯实验室

系统的某些部分,如迷走神经,连接身体和大脑的巨大神经纤维高速公路,已经激发了目前正在临床试验中测试的几种自身免疫性疾病的治疗方法。其他研究,研究如何招募大脑本身——一些人认为可以提供强大的疗法——仍处于萌芽阶段。例如,罗尔斯刚刚开始研究她的团队在老鼠身上发现的途径是否也存在于人类身上。她已经成立了一家初创公司,试图根据她的发现开发治疗方法。

尽管这些进展对研究人员来说是鼓舞人心的,但仍有许多问题有待解决。里斯本尚帕利莫未知中心的神经免疫学家恩里克·维加-费尔南德斯(Henrique Veiga-Fernandes)说:“我们经常在大脑和我们在外围看到的影响之间有一个黑盒子。”“如果我们想将其用于治疗,我们实际上需要了解其机制。”

两个系统的故事

一个多世纪以来,科学家们一直在寻找神经系统和免疫系统之间紧密联系的线索。例如,在19世纪末和20世纪初,科学家证明,切断皮肤神经可以抑制炎症的一些特征2

直到20世纪90年代末,这一领域的研究人员才开始将其与身体的主要导体——大脑联系起来。当时在纽约曼哈塞特北岸大学医院工作的神经外科医生凯文·特雷西和他的同事们在调查一种实验性抗炎药物是否有助于抑制中风引起的大脑炎症时,发现了意想不到的事情。

当将这种药物注入经历过中风的啮齿动物的大脑时,它达到了预期的效果:减少了神经炎症。作为对照,研究小组将这种药物注射到全身都有炎症的动物的大脑中,认为这种药物只在大脑中起作用。令他们惊讶的是,它在人体内也起作用。现任曼哈塞特范斯坦医学研究所(Feinstein Institutes for Medical Research)主席兼首席执行官的特蕾西说:“这真是令人费解。”

经过几个月的努力确定药物从大脑到身体的路径,研究人员决定切断迷走神经,这是一束大约10万根神经纤维,从大脑连接到心脏、肺、胃肠道和其他主要器官。当迷走神经被切断后,脑内药物的抗炎作用消失了3.

受到这一发现的启发,Tracey的团队和其他人继续探索迷走神经(以及神经系统的其他部分)指导免疫反应的其他方式。斯威斯基说,这些发展的驱动力是科学工具的出现,这些工具使科学家能够以前所未有的方式开始绘制神经系统和免疫系统之间的相互作用。

一些研究人员专注于特定的身体系统。例如,德国慕尼黑大学(LMU Munich)的心脏病学家安德烈亚斯·哈本尼希特(Andreas Habenicht)领导的一个团队去年报告说,免疫细胞和动脉壁最外层神经之间的相互作用调节了动脉粥样硬化的进展,动脉粥样硬化是一种炎症性疾病,血管被胆固醇和其他物质堵塞4

与此同时,Veiga-Fernandes和他的团队已经记录了各种组织中的神经元和免疫细胞簇,并发现了它们如何协同工作来感知损伤并动员免疫反应。他的团队现在正在研究大脑如何控制这些小交换机5

凯瑟琳·杜拉克和杰西卡·奥斯特豪特在生物实验室检查数字显示器。

神经科学家凯瑟琳·杜拉克(右)和杰西卡·奥斯特豪特(Jessica Osterhout)与下丘脑中控制疾病症状(如发烧和食欲不振)的神经元的图像。图片来源:Kris Snibbe/哈佛员工摄影师

大脑本身也开始泄露自己的秘密。马萨诸塞州剑桥市哈佛大学的神经科学家凯瑟琳·杜拉克和她的团队已经确定了下丘脑区域的神经元,这些神经元控制着感染后的症状,包括发烧、寻求温暖和食欲不振6.她说:“大多数人可能会认为,当你感到不舒服时,是因为细菌或病毒在破坏你的身体。”但她的团队证明,即使在没有病原体的情况下,激活这些神经元也会产生疾病症状。杜拉克补充说,一个悬而未决的问题是,这些下丘脑神经元是否可以被病原体以外的触发物激活,比如慢性炎症。

在下丘脑上方有一个区域叫做脑岛,负责处理情绪和身体感觉。在2021年的一项研究中,罗尔斯的一名博士生塔玛尔·科伦(Tamar Koren)发现,脑岛中的神经元储存了过去肠道炎症发作的记忆,刺激这些脑细胞会重新激活免疫反应7

罗尔斯、科伦和他们的同事怀疑,这种反应可能会让身体做好准备,以对抗潜在的威胁。但这些反应也可能适得其反,在缺乏原始触发因素的情况下重新启动。这可能是某些情况下的情况,如肠易激综合症,可能会因消极的心理状态而加剧。

精神胜于物质

许多科学家希望弄清楚这种精神状态是如何影响免疫反应的。

罗尔斯和以色列拿撒勒医院EMMS的儿科医生兼主任法赫德·哈基姆(Fahed Hakim)在看到1989年的一项研究后,受到启发,开始调查这个问题8报告称,在乳腺癌女性患者中,除了常规癌症护理外,接受支持性团体治疗和自我催眠的患者比仅接受后者的患者存活时间更长。其他几项研究也证明了癌症患者的生存和精神状态之间的类似联系。

为了测试这种联系,罗尔斯、哈基姆和他们的团队把VTA放大了——这是他们在心脏病研究和之前的细菌感染实验中瞄准的区域。这一次,他们把注意力集中在患有肺部和皮肤肿瘤的小鼠身上。激活VTA中的神经元可以明显缩小肿瘤9.事实证明,VTA的激活抑制了骨髓中通常会抑制免疫活动的细胞,从而释放了免疫系统来对抗癌症。

Talma Hendler来自特拉维夫医学中心Sagol大脑研究所& fMRI神经反馈测试对象。

神经科学家塔尔玛·亨德勒正在为参与者做脑部扫描。这一结果将为一项研究提供信息,即学习控制大脑活动是否可以改善对疫苗的免疫反应。来源:里尔祖尔Sourasky医疗中心

哈基姆说,临床医生早就知道积极思考对疾病进展的影响。但他说,这些证据主要是轶事或相关的,因此能够确定这种效应发生的途径,并在动物身上进行实验,使其更加真实。

消极的精神状态也会影响身体的免疫反应。在去年发表的一项研究中,斯威斯基和他的团队确定了在急性压力下动员小鼠体内免疫细胞的特定脑回路10.研究人员发现了两种途径,一种源于运动皮层,将免疫细胞引导到损伤或感染的部位,另一种始于下丘脑——压力时期的关键反应者——这减少了血液中循环的免疫细胞数量。该小组目前正在研究应激介导回路在慢性炎症疾病中的作用。

纽约冷泉港实验室的神经科学家杰里米·博尔尼格和他的同事们还发现,激活小鼠下丘脑的神经元可以产生免疫反应11现在他们正在研究如何操纵这些细胞来改变肿瘤的生长。

一些研究小组希望在人类身上复制他们的发现。例如,斯威斯基的团队计划使用虚拟现实等工具来操纵人们的压力水平,并观察这如何改变免疫反应。

科伦和罗尔斯正在与以色列特拉维夫大学的神经科学家和精神病学家塔尔玛·亨德勒(Talma Hendler)合作,研究在人们接种疫苗前增强大脑中的奖励系统是否能改善他们的免疫反应。他们不是直接刺激大脑,而是使用一种叫做神经反馈的方法,让个体学会观察和控制自己的大脑活动;这是通过功能性磁共振成像等方法来测量的。

去诊所的路

多年来,罗尔斯会和她的好朋友Tehila Ben-Moshe谈论她的研究。本-摩西是以色列生物制药公司Biond Biologics的首席执行官,该公司专注于利用免疫细胞靶向癌症。在去年的一次讨论中,本-摩西意识到罗尔斯的大脑刺激实验作用于她的公司试图针对的某些免疫细胞,并立即看到了治疗潜力。“当我看到Asya的数据时,我简直不敢相信我所看到的,”Ben-Moshe说。“然后问题就变成了——我如何把她在老鼠身上做的事情转化为病人?”两人正在筹备成立一家公司。

Ben-Moshe和Rolls希望利用现有的脑刺激技术,比如使用磁脉冲改变大脑活动的经颅磁刺激,或者使用声波的聚焦超声,来调节癌症、自身免疫性疾病或其他疾病患者的免疫系统。作为第一步,他们的团队一直在接触已经开发出这种技术的公司。在开始临床试验之前,Ben-Moshe和Rolls想要检查已经使用这些技术进行的试验的血液样本,看看在治疗前后是否有免疫系统改变的迹象。

针对迷走神经的潜在疗法更接近临床。特雷西与人联合创办的加州瓦伦西亚SetPoint医疗公司正在测试药丸大小的迷走神经刺激器,将其植入颈部的迷走神经,用于治疗克罗恩病、多发性硬化症和类风湿性关节炎等自身免疫性疾病。风湿性关节炎的试验进展得最远——该团队在欧洲的一项小型试验中表明,该设备可以降低疾病的严重程度12.这项技术目前正在美国各地不同中心的250名患者中进行随机、假对照试验(对照组将接受植入物,但不接受主动刺激)。

罗尔斯的希望是,这项工作将最终帮助医生理解并采取行动,他们在实践中看到的身心联系。需求是显而易见的:当罗尔斯从她实验室所在的医院打电话给心理学家时,会议室里挤满了人。从皮肤科到肿瘤科,各行各业的人们都迫不及待地分享他们的故事。一位与会者说,许多临床医生把那些似乎有身心问题的人交给心理学家,说他们的身体没有任何问题。这对寻求治疗的人来说可能是痛苦的。即使只是简单地告诉人们,大脑和免疫系统之间的联系导致了他们的症状,也会产生巨大的影响。

罗尔斯说,现在是研究人员和临床医生认真对待心理学和生理学之间联系的时候了。“你可以称之为心身疾病,但归根结底,它是身体疾病。我们还能忽视它多久?”