问题

弓形虫在生物学上到底是如何影响人脑的?

回答
弓形虫(Toxoplasma gondii)是一种广泛存在于猫科动物粪便中的单细胞寄生虫,但它能够感染包括人类在内的几乎所有温血动物。弓形虫对人脑的影响是一个复杂且仍在深入研究的领域,涉及行为、认知、情绪甚至精神疾病的潜在联系。以下将详细阐述弓形虫在生物学上是如何影响人脑的:

一、 感染途径与脑部定殖

1. 感染途径: 人类主要通过以下途径感染弓形虫:
食用未煮熟的被弓形虫囊合子污染的肉类(尤其是猪肉、羊肉、鹿肉)。
接触被感染猫的粪便,或接触被粪便污染的土壤、水和物体。
母婴传播(孕妇在孕期初次感染可能将弓形虫传给胎儿)。
罕见的途径包括器官移植和输血。

2. 进入大脑: 一旦弓形虫进入人体,它会通过血液循环或淋巴系统扩散到全身,包括大脑。在宿主免疫系统的攻击下,弓形虫会进入一种称为“缓殖子”(bradyzoites)的休眠或缓慢繁殖状态。这些缓殖子会形成囊肿(cysts),这些囊肿可以存在于多种组织中,包括肌肉、心脏、眼睛和最重要的——大脑。

3. 脑部定殖: 弓形虫囊肿在大脑的特定区域定殖,尤其是在具有丰富多巴胺能神经元的区域,例如基底神经节(特别是纹状体,如尾状核和壳核)、大脑皮层以及海马体等与行为、学习和记忆密切相关的区域。这些囊肿可以潜伏多年甚至一生。

二、 弓形虫影响脑部的生物学机制

弓形虫并非仅仅是被动地存在于大脑中,它通过多种生物学机制积极地影响宿主大脑的功能和结构:

1. 分子模拟与免疫逃逸:
抗原模拟: 弓形虫表面的一些分子结构与宿主神经递质(如多巴胺)或神经递质受体相似。当弓形虫寄生在神经细胞附近时,宿主的免疫系统可能会误将弓形虫的分子识别为自身的一部分,从而产生免疫耐受,导致弓形虫能够逃避宿主的免疫攻击。
免疫调节: 弓形虫能够分泌一些蛋白质(如ROPs, GRA proteins),这些蛋白质可以干扰宿主细胞的信号通路,特别是影响炎症反应和免疫细胞的功能。例如,它们可以抑制促炎细胞因子的产生,或促进免疫抑制性细胞因子的产生,从而为自身在免疫系统较为活跃的大脑环境中生存创造有利条件。

2. 神经递质系统扰动: 这是弓形虫影响人脑最被广泛研究的机制之一。
多巴胺系统: 弓形虫在脑内的囊肿,特别是位于纹状体等区域,似乎能诱导宿主神经元产生更多的多巴胺。弓形虫本身也可能需要多巴胺的某些代谢产物来进行繁殖或维持生存。多巴胺是一种关键的神经递质,与奖赏、动机、运动控制、情绪和认知功能密切相关。
行为改变: 多巴胺水平的升高可能导致宿主行为的改变,例如增加冒险行为、降低恐惧反应,以及增强对新奇事物的探索欲。在动物模型中,被弓形虫感染的老鼠对猫的恐惧反应大大降低,甚至表现出对猫的吸引力,这被认为是弓形虫为了完成其生命周期(从中间宿主到最终宿主猫)而进行的“操纵”。
精神疾病关联: 多巴胺系统功能紊乱与多种精神疾病有关,如精神分裂症、抑郁症、帕金森病等。一些研究表明,弓形虫感染与这些疾病的发病率和症状表现可能存在关联,但这仍然是一个活跃的研究领域,需要更多证据来证实因果关系。
其他神经递质: 除了多巴胺,弓形虫也可能影响其他神经递质系统,如血清素(与情绪调节、睡眠有关)和谷氨酸(主要的兴奋性神经递质)。例如,一些研究发现弓形虫感染可能导致大脑中血清素水平下降,这可能与抑郁和焦虑有关。

3. 细胞损伤与炎症反应:
细胞内寄生: 弓形虫是专性细胞内寄生虫,它进入细胞后会形成一个独特的寄生泡(parasitophorous vacuole, PV),并在此环境中增殖。虽然弓形虫会尽量避免直接破坏宿主细胞,但其生存和繁殖过程仍然会对宿主细胞造成一定程度的损伤。
诱导炎症: 尽管弓形虫可以诱导免疫耐受,但它在大脑中的存在仍然可能引发局部的慢性低度炎症反应。这些炎症反应的产物,如细胞因子和趋化因子,可能对神经元功能和突触可塑性产生影响。长期的慢性炎症是大脑衰老和许多神经退行性疾病的潜在驱动因素。

4. 脑结构与功能改变:
局部结构改变: 在感染弓形虫的动物模型中,观察到大脑特定区域的结构变化,例如神经元的形态改变、突触数量的增减等。虽然在人类身上直接观察到类似变化有难度,但推测弓形虫囊肿的存在和其引起的生物化学变化可能导致局部脑网络的结构性改变。
神经可塑性: 弓形虫感染可能影响大脑的神经可塑性,即大脑根据经验改变其结构和功能的能力。这可能与行为和认知功能的改变有关。

三、 弓形虫感染与人类精神行为特征的关联

科学界对弓形虫感染如何影响人类精神和行为的研究主要基于相关性研究,虽然许多研究发现了统计学上的关联,但直接的因果关系仍需进一步证实。一些观察到的关联包括:

人格特质: 一些研究表明,弓形虫感染与人格特质的变化有关,例如女性感染者可能表现出更多的“新奇寻求者”(noveltyseeking)特质和更高的神经质(neuroticism),而男性感染者可能表现出更高的焦虑和抑郁倾向。一些研究也提到,感染者可能变得更倾向于冒险和不守规矩。
精神疾病:
精神分裂症: 多项流行病学研究发现,精神分裂症患者的弓形虫血清学阳性率高于正常人群。一些机制假说认为,弓形虫引起的免疫反应或多巴胺系统扰动可能是精神分裂症发病的一个促成因素。
抑郁症和焦虑症: 弓形虫感染与抑郁症和焦虑症的发生率也可能存在关联。例如,多巴胺和血清素系统异常都与这些情绪障碍有关。
双相情感障碍、自闭症谱系障碍等: 也有零星的研究将弓形虫感染与这些疾病联系起来,但证据相对薄弱。

四、 研究挑战与未来方向

尽管有大量研究试图揭示弓形虫对人脑的影响,但仍存在许多挑战:

因果关系难以确定: 大多数研究是相关性研究,难以区分是弓形虫感染导致了行为改变或疾病,还是某些行为特征(如接触猫)增加了感染风险,或者两者都有。
个体差异: 人类对弓形虫的反应存在巨大个体差异,这可能与遗传背景、免疫系统状态、感染剂量和潜伏时间等多种因素有关。
脑部寄生虫难以直接研究: 在活体人类大脑中直接研究弓形虫的行为和作用机制非常困难且不道德。
潜伏期长: 弓形虫可以在大脑中潜伏数十年,其对脑功能的影响可能随着时间推移而发生变化。

未来的研究方向可能包括:
利用更先进的分子成像技术和基因组学技术来深入了解弓形虫与宿主细胞的相互作用。
开展更大规模、更长期的队列研究,以更好地评估弓形虫感染与精神行为疾病之间的因果关系。
开发更有效的弓形虫治疗方法,特别是针对脑部潜伏感染的药物。

总结来说,弓形虫在生物学上影响人脑是一个多层面的过程。它通过在神经元丰富的大脑区域定殖,干扰关键的神经递质系统(尤其是多巴胺系统),诱导局部的炎症反应,并可能改变神经元的结构和功能。这些生物学上的改变被认为与宿主行为、情绪以及患上某些精神疾病的风险发生关联。然而,这个复杂的相互作用仍然是科学界持续探索的重大课题。

网友意见

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很大程度上是宿主自己玩的。

弓形虫没有去控制宿主的行为,它们只是在自己的生命过程中漫无目的地制造破坏,其中刚地弓形虫在神经系统引起免疫反应,宿主免疫细胞释放的化学物质和弓形虫产生的一些酶影响宿主神经细胞的递质水平和表观遗传修饰,从而干扰宿主神经系统的活动。

  • 色氨酸是弓形虫的必需氨基酸,哺乳类免疫系统对抗弓形虫感染时,采取的策略之一是释放 IFN-γ 激活与色氨酸降解相关的酶(IDO 和 TDO),弓形虫在这种环境下会形成包囊。这不但会损伤感染部位的神经细胞,还会引起大脑内广泛的色氨酸水平、5-羟色胺水平下降——关联到抑郁症。
  • 被刚地弓形虫感染的老鼠和人的杏仁核内侧神经细胞的精氨酸-加压素相关基因的甲基化水平降低,降低了感染者对猫尿的敏感程度,于是老鼠不会避免进入猫标记过的领地,人则对猫身上的异味变得更不敏感。
  • 刚地弓形虫有两个基因编码的酶会加速多巴胺的生物合成,其中一个基因总是表达,另一个在形成包囊的过程中表达。这会增加宿主的多巴胺代谢,并引起表观遗传变化来增加血管加压素表达,因此在弓形虫死亡之后效果仍能持续一段时间。多巴胺相关的症状可以被多巴胺拮抗药物中和。
  • 免疫系统与刚地弓形虫的互动还造成皮质星形胶质细胞中的组蛋白赖氨酸乙酰化水平上升。
  • 弓形虫对不同性别宿主的影响差异可以归因到睾丸激素。雄性宿主的睾丸激素水平会超过正常,而雌性宿主的睾丸激素水平将低于正常。

许多研究表明,刚地弓形虫造成的神经损伤可以引起人的性格与行为出现细微改变,有时涉及精神分裂症和双相情感障碍。刚地弓形虫与幽门螺杆菌联合感染显示出与成年人认知缺陷的统计学相关性。

你可以认为“中间宿主的行为变化对刚地弓形虫的传播起到有利作用,使其相关性状对应的基因在种群中占比上升”,不过这和其他寄生虫“造成中间宿主的各种身体损伤、能力下降进而容易被终宿主捕食”没多大差别。如果偶然演化得对宿主产生更大影响的个体有更多的传播机会,那么相关性状对应的基因与表观遗传修饰就会在弓形虫种群中长期存在并可能蔓延开来。

人类身体没有什么“杀毒系统”,免疫系统针对各种病原体的表现都有可能出偏、给人造成比病原体还严重的破坏,对侵入大脑的弓形虫进行的反应已经算很克制的了。

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