Мышиный мозг очистился от гриба благодаря грибковым ферментам и бета-амилоидам

Ученые из США с коллегами из других стран выяснили, как гриб Candida albicans проникает в мозг мыши, и как мозг с ним борется. Оказалось, что для проникновения через гематоэнцефалический барьер грибы используют ферменты протеиназы. Эти же протеиназы способствуют образованию пептидов, подобных бета-амилоидам, которые запускают уничтожение гриба микроглиальными клетками. Другой грибковый фермент тоже распознается микроглией и способствует выведению C. albicans. Пока неизвестно, как грибу удается обходить эти механизмы и в некоторых случаях сохраняться в мозге длительное время. Результаты опубликованы в Cell Reports.

Грибковые инфекции иногда связывают с хроническими воспалительными заболеваниями вроде астмы, риносинусита или экземы, и даже с нейродегенерацией. Один из самых распространенных человеческих грибковых патогенов — Candida albicans. Это гриб-комменсал, то есть он входит в состав нормальной микробиоты. Но нередко, особенно при нарушениях иммунитета, вызывает серьезные инфекции слизистых оболочек и крови. Реже C. albicans поражает и мозг — вследствие, например, острого сепсиса или при болезни Альцгеймера и других нейродегенеративных заболеваниях.

Ранее Дэвид Корри (David B. Corry) из Медицинского колледжа Бэйлора с коллегами обнаружил, что гриб Candida albicans может проникать через гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) мозга мышей и вызывать воспаление и образование бета-амилоидных пептидов (подобных тем, которые формируют амилоидные бляшки при болезни Альцгеймера), при этом память мышей ухудшается. Тогда же ученые обнаружили, что мозг мышей, зараженный грибом, очищается от инфекции в течение 10 дней, однако механизмы заражения и клиренса были неясны.

Теперь Корри и его коллеги разобрались, как именно гриб проникает в мозг и как мозг от него защищается. C. albicans секретирует аспарагиновые протеиназы (Saps), которые разрушают белки; всего таких протеиназ десять типов. Ученые предположили, что именно они помогают грибам пересекать ГЭБ. Они избирательно удаляли некоторые протеиназы C. albicans и вводили такие грибы мышам внутривенно. Выяснилось, что гриб не проникает в мозг, если лишить его Sap2. Отсутствие других Saps снижало грибковую нагрузку в мозге, но полностью проникновение не предотвращало. Протеиназы C. albicans (особенно Sap2) механически разрушали белки плотных контактов гематоэнцефалического барьера: когда ученые нарушили проницаемость ГЭБ, грибы без Sap2 смогли проникнуть в мозг.

Ранее авторы показали, что грибковая инфекция мозга сопровождается образованием бета-амилодоподобных пептидов — подобных тем, которые связывают с болезнью Альцгеймера. Такие пептиды связываются с рецепторами на микроглиальных клетках и активируют противогрибковый иммунитет. Чтобы образовать такие пептиды, нужно нарезать на фрагменты белок предшественник бета-амилоида (APP) — в человеческом мозге есть свои ферменты, которые этим занимаются, и они тоже — аспарагиновые протеиназы. Поэтому ученые воздействовали на мышиный мозг грибковыми протеиназами Saps — и увидели, что количество бета-амилоидоподобных пептидов увеличивается. Это происходило даже когда мышей лишали собственных протеиназ.

Также ученые выяснили, как именно грибковые ферменты вызывают иммунный ответ. Во-первых, в экспериментах in vitro бета-амилоидоподобные пептиды связывались с толл-подобным рецептором 4 (TLR4) на микроглиальных клетках и способствовали уничтожению гриба. Антагонист TLR4 устранял противогрибковую активность. Затем ученые ввели грибы в мозг мышей, лишенных предшественника бета-амилоид или TLR4 — и грибковая нагрузка у них оказалась выше по сравнению с мышами дикого типа. Однако в итоге инфекция все равно была подавлена: значит, есть и другой механизм.

Исследователи сосредоточились на другом грибковом пептиде — кандидализине, который тоже стимулирует имунные реакции. Они заражали мышей C. albicans, которые не производят кандидализин, — и такие грибы проникали в мозг вдвое эффективнее, а уничтожались намного дольше — до 60 дней по сравнению с 10-14 днями, которые требуются для клиренса C. albicans дикого типа. Тогда ученые удалили из микроглиальных клеток рецептор кандидализина CD11b — и инфекция снова продлилась дольше. Дополнительные эксперименты подтвердили, что кандидализин связывается с CD11b на микроглии и вызывает противогрибковый ответ.

Несмотря на все механизмы, благодаря которым мозг (и организм вообще) очищается от C. albicans, гриб может долго сохраняться во многих органах, в том числе и в мозге. По мнению авторов, очень важно разобраться в том, как патогену это удается. Также ученые предполагают, что амилоидные бляшки в мозге пациентов с болезнью Альцгеймера могут быть результатом работы как собственных протеиназ человека, так и грибковых.

Ранее ученые описали, как бета-амилоиды помогают бороться с патогенами, в том числе — с Candida albicans. Согласно исследованию, бета-амилоиды могут прикрепляться к микробным клеткам и препятствовать их контакту с клетками хозяина.