수십 년 동안 과학자들은 일반적으로 뇌의 면역 체계를 일종의 폐쇄된 공동체로 여겨 왔으며, 신체의 주요 방어 체계와 분리된 것으로 보았다. 뇌에는 자체적인 특수 면역 세포와 혈액-뇌 장벽이 있어 원치 않는 방문객을 차단하는데, 이는 마치 고급 클럽의 경비원과 같다. 그러나 스탠포드의 새로운 연구는 이러한 그림에 도전하며, 신체 다른 곳에서 온 많은 수의 면역 세포가 사람이 나이를 먹으면서 인간의 뇌로 들어간다는 사실을 발견했다. 이 발견은 뇌 노화에 대한 우리의 이해를 바꾸고 잠재적으로 신경 질환 치료의 새로운 길을 열 수 있다. 이 연구는 부분적으로 Wu Tsai 신경과학 연구소의 Knight Initiative for Brain Resilience의 지원을 받았으며, 저널 Nature에 게재되었다.

"우리는 보통 뇌를 폐쇄된 시스템으로 생각합니다,"라고 스탠포드 의대 병리학 박사후 연구원이자 이 연구의 제1저자인 Julia Belk이 말했다. "우리가 발견한 것은 실제로 많은 면역 세포가 노화 동안 인간의 뇌로 들어간다는 것입니다." Belk의 학제 간 배경 - 그녀는 컴퓨터 과학에서 시작하여 Sarafan ChEM-H의 화학/생물학 인터페이스 박사 전 훈련 프로그램을 통해 훈련받았다 - 은 병리학 부교수이자 선임 저자인 Siddhartha Jaiswal과의 협력으로 이어졌으며, 그는 이전에 돌연변이 혈액 줄기 세포에서 유래한 특정 면역 세포 클론이 알츠하이머 위험 감소와 관련이 있음을 보여주었다. 이는 이 특이한 세포들이 뇌와 상호 작용할 가능성을 제기했고, 추가 연구는 그들이 실제로 뇌에 들어갈 수 있음을 시사했다. 그런 다음 팀은 더 큰 질문을 던졌다: 혈액에서 온 면역 세포가 나이를 먹는 사람들의 뇌에 정기적으로 들어갈 수 있을까?

"골수에서 혈액 줄기 세포에 의해 지속적으로 보충되는 대부분의 면역 세포와 달리, 뇌의 면역 세포는 뇌 외부의 기여 없이 평생 동안 스스로 재생되는 것으로 추정되었습니다,"라고 Jaiswal이 말했다. "우리의 첫 번째 연구는 이것이 항상 사실이 아닐 수 있음을 보여주었습니다."

수년 동안 많은 연구자들은 뇌의 특수 면역 세포인 미세아교세포가 출생 시 확립되어 자급자족하는 집단으로 남아 있다고 믿었다. 그러나 Belk과 동료들은 드문 돌연변이를 가진 사람들뿐만 아니라 더 많은 사람들에게 외부 면역 세포가 뇌에 들어갈 가능성을 고려했다 - 어쩌면 그것은 인간 노화의 일반적인 특징일지도 모른다. 혈액 기반 면역 세포가 알츠하이머에서 역할을 할 수 있다는 생각은 이례적이고 논란의 여지가 있었기 때문에, 2022년에 Jaiswal과 동료들은 뇌 회복력과 신경 퇴행성 질환 연구 방식을 재고하는 연구를 지원하는 Knight Initiative for Brain Resilience로부터 지원을 요청했다.

Knight Initiative 혁신 상의 지원으로 팀 - 공동 선임 저자이자 암 연구의 Virginia and D. K. Ludwig 교수인 Howard Chang을 포함 - 은 혈액 면역 세포가 실제로 뇌에서 미세아교세포를 보충할 수 있는지 확인하기 위해 착수했다. 그들은 공동 저자 Jody Hooper가 이끄는 스탠포드 급속 부검 센터와 워싱턴 대학의 알츠하이머 질환 시퀀싱 프로젝트에서 인간 뇌 조직을 연구했으며, 이 프로젝트는 알츠하이머가 있거나 없는 사람들의 혈액과 사후 뇌 조직을 제공했다. 이를 통해 혈류에서 온 면역 세포와 뇌 조직에 있는 면역 세포를 직접 비교할 수 있었다.

도전은 뇌에서 면역 세포의 기원을 추적하는 것이었다. 면역 세포는 지속적으로 분열하기 때문에 과학자들은 공유 돌연변이를 조상의 생물학적 표지로 사용했는데, 이는 소비자 조상 테스트 서비스와 유사하다. 무작위 돌연변이는 사람들이 나이를 먹으면서 혈액 줄기 세포에 축적되며, 그 줄기 세포에 의해 생성된 면역 세포는 동일한 돌연변이를 물려받는다. 두 그룹의 면역 세포가 일치하는 돌연변이를 가지고 있다면, 그들은 같은 기원을 공유할 가능성이 높다. 2023년 연구에서 개발된 기술을 사용하여 Belk과 동료들은 쌍을 이룬 혈액과 뇌 샘플을 비교했고 유전적 서명이 일치함을 발견하여, 신체에서 온 면역 세포가 뇌로 들어갔음을 보여주었으며, 이 과정은