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大約五年前，斯坦福大學的一個科學家團隊開始研究發育中的大腦如何建立其最終的突觸集合，突觸是神經系統細胞彼此之間以及與非神經細胞之間進行交流的連線。但是，當他們試圖找出相關基因時，意想不到的事情發生了：他們偶然發現了 C1q，這是一個在人體免疫系統中起重要作用的蛋白質的基因。
“我們當時想，‘等等——這是一種免疫系統分子。它在大腦裡做什麼？’” 首席研究員、神經生物學家本·巴雷斯回憶說。“這讓我們震驚了。”
在那之前，大多數科學家都認為健康的大腦是“免疫特權”的，或者沒有免疫細胞。但是，巴雷斯的團隊是過去十年中幾個不僅發現正常大腦中存在這種分子，而且還發現它們在那裡發揮著獨特而重要作用的團隊之一。專家表示，這些發現為大腦的運作方式以及自閉症和阿爾茨海默病等某些神秘疾病的發生原因提供了一個新的視窗，可能會為治療這些疾病的新療法鋪平道路。
加州大學聖地亞哥分校的神經生物學家麗莎·布蘭傑說：“大腦對某些型別的免疫監視是不可見的。整個身體都一直處於免疫監視之下。這種監視對於大腦中的感染來說並不那麼迅速或有效。這被認為是免疫系統不存在於大腦中的證據。”
哈佛大學的研究人員在1998年發表的一項研究中首次打破了這一理論。由神經科學家卡拉·沙茨領導的一個團隊正在進行一項常規程式，旨在識別神經元放電調節的基因，結果意外地出現了一個編碼主要組織相容性複合體（MHC）I類分子的基因，該分子在幫助免疫系統識別入侵病原體方面起著至關重要的作用。
進一步的研究表明，這些所謂的免疫蛋白實際上存在於某些神經細胞的表面，但它們在大腦中的功能與在身體其他部位的功能不同。它們不是尋找細菌，而是影響神經元之間傳送的訊號。“這些分子似乎控制著突觸連線的加強或減弱方式以及它們的穩定性，” 沙茨說。
她說，特別是，它們似乎對突觸可塑性或靈活性起著“剎車”的作用。“缺乏這些分子的老鼠似乎比正常老鼠能夠更快地透過經驗改變它們的大腦回路，” 沙茨說。“我們認為這些分子對於限制連線非常重要，”她補充說，並指出，如果突觸過於可塑，它們可能會引發一系列問題，從不穩定的腦回路到癲癇發作，癲癇發作是由過度的神經元放電引起的。
其他人隨後的研究證實了免疫分子在保持大腦平穩運作中的重要性。人類天生具有比必需的更多的突觸；作為正常發育過程的一部分，在童年時期，微弱和不必要的連線會逐漸被消除。巴雷斯和他的同事發現，C1q——他們在腦中意外發現的免疫蛋白——的產生高峰與突觸被修剪的時間一致。更重要的是，缺乏這種蛋白質的動物即使成年後，它們的大腦中仍然有額外的連線。
經過進一步檢查，巴雷斯與緬因州巴爾港傑克遜實驗室的神經科學家西蒙·約翰合作發現，C1q 似乎與與青光眼相關的突觸損失有關。患有這種眼疾（會損害視神經並導致視力喪失）的小鼠的免疫分子水平較高，該分子在神經元死亡之前會在視網膜突觸處積累。
科學家們認為，大腦中的免疫蛋白可能非常重要，以至於發育過程中的紊亂也可能導致自閉症和精神分裂症等疾病。例如，研究表明，如果女性在懷孕期間接觸病毒，可能會增加她的孩子患上這些疾病之一的可能性。布蘭傑推測，大腦中的免疫分子可能是其中的聯絡。
當孕婦接觸病毒時，它會啟用她的免疫反應，並影響其胎兒體內某些免疫蛋白的水平。但是在胎兒的大腦中，一些免疫分子被其他工作佔據，幫助突觸的形成和重塑。“這些分子在大腦中有一種‘夜間工作’，這與它們的免疫工作完全不同，” 布蘭傑說。在胎兒發育期間，“這些分子正忙於構建大腦——你不想破壞它們。”她說，如果這些分子在胎兒中被拉入免疫功能，可能會擾亂大腦發育並導致神經發育障礙。
布蘭傑最近發現，降低小鼠體內和大腦中的MHC I類分子水平足以引起小鼠自閉症和精神分裂症的生化和行為症狀。她現在正在研究這在人類中是否也是如此，方法是研究自閉症和精神分裂症患者的體液樣本（以及屍檢期間提取的大腦組織），以尋找MHC I類水平異常的證據。
如果這種聯絡成立，它可以為兩種最神秘的神經系統疾病的病因提供重要的新見解。“這也可能為藥物開發提供一種完全奇怪和意想不到的策略，” 布蘭傑說。“也許改變免疫訊號傳遞會對其中一些患者有所幫助。”
但研究人員說，新發現可能不僅有助於闡明免疫分子在發育中的大腦中的作用，還有助於解釋神經退行性疾病的分子過程。突觸損失是阿爾茨海默氏症和類似疾病早期階段的典型症狀。巴雷斯推測，在年輕大腦中幫助消除不必要突觸的相同免疫分子可能會在晚年錯誤地破壞必要的突觸，從而導致這些神經退行性疾病的症狀。
“這種正常發育大腦的途徑是否會在成年大腦發生神經損傷或神經退行性疾病的情況下重新啟用？”他說。
最重要的是：發現免疫分子與其他型別的大腦退化和損傷之間的聯絡可能會開創一個全新的治療靶點類別。
沙茨說：“一扇通往思考大腦退化的新方法的大門已經敞開，而且免疫學和神經學的交叉點值得更多的研究。”她補充說，“現在還處於早期階段。我們都對這兩個領域的融合感到興奮。”