เมื่อจุลินทรีย์ 'ปรับเปลี่ยนพฤติกรรม': บทบาทของเซลล์ CD4+ T ในสมองในโรคออทิซึม

บทความวิจัยโดยทีมนักวิจัยชาวเกาหลีที่ตีพิมพ์ในวารสาร Nature Communicationsได้เชื่อมโยง “โหนด” สามโหนดเข้าด้วยกันเป็นสายโซ่เดียว ได้แก่ จุลินทรีย์ในลำไส้ → เซลล์ภูมิคุ้มกันในสมอง → อาการทางพฤติกรรมในแบบจำลองของโรคออทิซึมสเปกตรัม (ASD) นักวิทยาศาสตร์แสดงให้เห็นว่าในหนู BTBR (แบบจำลองทางพันธุกรรมแบบคลาสสิกของ ASD) การไม่มีจุลินทรีย์ช่วยบรรเทาอาการทางพฤติกรรมคล้ายออทิซึมและลดจำนวนเซลล์ทีในสมองที่ก่อให้เกิดการอักเสบ และการลดจำนวนเซลล์ที CD4+ ลงอย่างตรงจุดจะทำให้การอักเสบของระบบประสาทและพฤติกรรมกลับมาเป็นปกติ ในขณะเดียวกัน พวกเขายังพบสิ่งมีชีวิต “ที่เป็นอันตราย” ในลำไส้ที่เพิ่มการเปลี่ยนแปลงแบบกระตุ้นในการเผาผลาญสารสื่อประสาท (↑กลูตาเมต/GABA และ ↑3-ไฮดรอกซีกลูทาริกแอซิด) และระบุสายพันธุ์โปรไบโอติก Limosilactobacillus reuteri IMB015 ซึ่งสามารถเปลี่ยนกระบวนการเผาผลาญไปในทิศทางตรงกันข้ามและปรับปรุงการทดสอบพฤติกรรมหลายอย่าง ผลลัพธ์คือแกนลำไส้-ภูมิคุ้มกัน-สมองที่ได้รับการยืนยันการทำงานในบริบทของ ASD

ความเป็นมาของการศึกษา

โรคออทิสติกสเปกตรัม (ASD) เป็นกลุ่มอาการที่มีความหลากหลาย ซึ่งลักษณะทางพฤติกรรม (การสื่อสารทางสังคม พฤติกรรมซ้ำๆ ความไวต่อความรู้สึก) มักพบร่วมกับอาการทางระบบทางเดินอาหารและสัญญาณของการกระตุ้นภูมิคุ้มกัน “สามเหลี่ยม” นี้ ได้แก่ ลำไส้ ภูมิคุ้มกัน และสมอง ได้รับความสนใจเป็นพิเศษในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มีข้อมูลมากขึ้นเรื่อยๆ ที่เชื่อมโยงองค์ประกอบของจุลินทรีย์และสารเมตาบอไลต์กับพัฒนาการทางระบบประสาท การอักเสบของระบบประสาท และความสมดุลของสัญญาณกระตุ้น/ยับยั้งในระบบประสาทส่วนกลาง

แนวคิดแกนลำไส้-สมองประกอบด้วยหลายวิถีทาง ได้แก่ ระบบประสาทส่วนกลาง - ผ่านเส้นประสาทเวกัสและระบบประสาทลำไส้; ระบบภูมิคุ้มกัน - ผ่านไซโตไคน์ สถานะของไมโครเกลีย และการเคลื่อนย้าย/การอยู่อาศัยของลิมโฟไซต์; การเผาผลาญ - ผ่านกรดไขมันสายสั้น อนุพันธ์ของทริปโตเฟน กรดน้ำดี และกรดอะมิโน (รวมถึงกลูตาเมต/กาบา) ในแบบจำลอง ASD สมมติฐานสำคัญยังคงเป็นความไม่สมดุลของการกระตุ้น/การยับยั้ง (E/I) ซึ่งสามารถคงอยู่ได้ด้วยทั้งความยืดหยุ่นของไซแนปส์ที่เปลี่ยนแปลงไปและสภาพแวดล้อมการอักเสบ "เบื้องหลัง"

อีกหัวข้อหนึ่งคือการมีส่วนร่วมของภูมิคุ้มกันแบบปรับตัวในสมอง หากก่อนหน้านี้สมองถูกมองว่าเป็น "ภูมิคุ้มกันพิเศษ" ปัจจุบันมีการพิสูจน์แล้วว่าเซลล์ทีในเยื่อหุ้มสมองและเซลล์ทีในเนื้อเยื่อ (รวมถึง CD4+) สามารถปรับเปลี่ยนการทำงานของไมโครเกลีย การตัดแต่งไซแนปส์ และพฤติกรรมได้ เมื่อมาบรรจบกับไมโครไบโอต้า สิ่งนี้จะนำไปสู่สถานการณ์ที่เรียบง่ายแต่ทรงพลัง นั่นคือ จุลินทรีย์ในลำไส้จะปรับโครงสร้างกลุ่มเมตาบอไลต์และสัญญาณภูมิคุ้มกัน → โปรไฟล์ของเซลล์ทีในสมองและไมโครเกลียจะเปลี่ยนแปลง → ฟีโนไทป์ทางพฤติกรรมจะเปลี่ยนแปลงไป

ความสนใจเชิงปฏิบัติในการแทรกแซงเฉพาะสายพันธุ์เพิ่มขึ้นหลังจากการศึกษาก่อนทางคลินิกจำนวนหนึ่ง ซึ่งพบว่าแลคโตบาซิลลัสแต่ละตัวมีผลต่อการทดสอบทางสังคมในหนู และการปลูกถ่ายจุลินทรีย์จากสัตว์ที่ “มีสุขภาพดี” ช่วยบรรเทาอาการคล้ายออทิซึม อย่างไรก็ตาม การเชื่อมโยงเชิงกลไกอย่างสมบูรณ์ “จุลินทรีย์เฉพาะ → เมตาบอไลต์เฉพาะ → เซลล์ภูมิคุ้มกันเฉพาะในสมอง → พฤติกรรม” ยังคงมีอยู่อย่างจำกัด การศึกษาเมื่อเร็วๆ นี้กำลังเติมเต็มช่องว่างนี้โดยการสร้างห่วงโซ่เชิงสาเหตุและเสนอเป้าหมายที่ทดสอบได้ ตั้งแต่แท็กซาที่ “เป็นอันตราย” ไปจนถึงโปรไบโอติกและโหนดภูมิคุ้มกัน (CD4+, IFN-γ) ซึ่งสามารถนำไปทดสอบได้ในการทดลองทางคลินิกในอนาคต

ทดสอบแล้วเป็นอย่างไรบ้าง?

ผู้เขียนได้สร้าง BTBR เวอร์ชันปลอดเชื้อและเปรียบเทียบกับสัตว์ทดลองมาตรฐาน (SPF) อย่างเป็นระบบ ประเมินพฤติกรรมโดยการทดสอบ "ทางสังคม" (การจัดวางแบบสามห้องพร้อมการทดสอบความแปลกใหม่) การจับซ้ำ (การฝังลูกบอล) และความวิตกกังวล/สมาธิสั้น (พื้นที่เปิดโล่ง) จากนั้นจึงทำการศึกษาภูมิคุ้มกันวิทยา (การลดจำนวนแอนติบอดี CD4+, การวิเคราะห์โปรไฟล์ของลิมโฟไซต์ในสมองและไมโครเกลีย), จุลชีววิทยา (การหาลำดับเบส 16S, การตั้งอาณานิคมด้วยสายพันธุ์ที่แยกได้) และเมตาโบโลมิกส์ในอุจจาระแบบกำหนดเป้าหมาย สุดท้าย คัดเลือกโปรไบโอติกที่เป็นตัวเลือกโดยใช้แบบจำลองเมตาบอลิซึมในระดับจีโนม (สมดุลฟลักซ์) และทดสอบในหนู

ผลการค้นพบที่สำคัญ

ประเด็นสำคัญคือมีผลลัพธ์หลักสี่ประการ:

• จุลินทรีย์ ↔ พฤติกรรม ในเพศชาย BTBR ที่ปราศจากเชื้อ ฟีโนไทป์บางอย่างที่คล้ายกับออทิซึมหายไป ได้แก่ ความแปลกใหม่ทางสังคมที่ดีขึ้น พฤติกรรมซ้ำๆ น้อยลง สัญญาณของความวิตกกังวลเป็นปกติ กิจกรรมของเซลล์ประสาทในอะมิกดาลาและเดนเตตไจรัส (c-Fos) ก็ลดลงเช่นกัน
• บทบาทสำคัญของเซลล์ T CD4+ การลดจำนวน CD4+ ในสมองอย่างเฉพาะเจาะจงช่วยลดสัญญาณการอักเสบ ส่งผลกระทบต่อเซลล์ไมโครเกลีย และปรับปรุงการทดสอบพฤติกรรม (ความจำทางสังคม การทำซ้ำ ความวิตกกังวล) โดยไม่เปลี่ยนแปลงกิจกรรมการเคลื่อนไหวโดยรวม
• จุลินทรีย์ที่ "เป็นอันตราย" และ "เป็นประโยชน์" แลคโตบาซิลลัส มูรินัส ถูกแยกได้จากลำไส้ของ BTBR ซึ่งการมีปฏิสัมพันธ์แบบโมโนในหนูที่ปราศจากเชื้อจะเพิ่มอัตราการเกิดซ้ำ เพิ่มปริมาณกลูตาเมต/GABA และกรด 3-ไฮดรอกซีกลูทาริก รวมถึงสัดส่วนของเซลล์ T IFN-γ+ ในสมอง ซึ่งเป็นภาพสะท้อนของภาวะการอักเสบของระบบประสาท ในทางตรงกันข้าม การปลูกถ่ายจุลินทรีย์ที่ "มีสุขภาพดี" จากวิตามินบี 6 ทั่วไปช่วยลดการเปลี่ยนแปลงของการกระตุ้นและภาวะการอักเสบของระบบประสาท
• ผู้สมัครโปรไบโอติก จากการคัดกรองด้วยคอมพิวเตอร์เพื่อหา “ความสามารถในการผลิตและกำจัดกลูตาเมต” พบว่าสายพันธุ์ L. reuteri IMB015 โดดเด่น แนวทางของสายพันธุ์นี้คือการลดกลูตาเมตและอัตราส่วนกลูตาเมตต่อ GABA ลดกรด 3-hydroxyglutaric ลดการอักเสบของระบบประสาท (↓IFN-γ+ CD4+ T cells) และพฤติกรรมที่ดีขึ้น (การทำซ้ำน้อยลง ความแปลกใหม่ทางสังคมดีขึ้น) ผลกระทบต่อ “ความสามารถในการเข้าสังคม” ในตัวมันเองยังไม่สมบูรณ์

มันสามารถทำงานได้อย่างไร

การศึกษานี้ได้รวบรวมกลไกที่ได้รับการศึกษาอย่างดีสามประการ และแสดงให้เห็นว่ากลไกเหล่านี้ “เชื่อมโยง” กัน: (1) จุลินทรีย์ในลำไส้สร้างแหล่งเมตาบอไลต์ ซึ่งสายพันธุ์ “ที่เป็นอันตราย” ส่วนใหญ่ประกอบด้วยกลูตาเมตและกรด 3-ไฮดรอกซีกลูทาริก ส่งผลให้พื้นหลังของการกระตุ้น (ความไม่สมดุลของ E/I) เพิ่มขึ้น (2) สัญญาณเหล่านี้ – ทั้งผ่านตัวกลางเวกัส/ตัวกลางการไหลเวียน และผ่านการเชื่อมโยงภูมิคุ้มกันบริเวณขอบ – จะเปลี่ยนสถานะของเซลล์ T CD4+ ในสมองไปสู่รูปแบบที่กระตุ้นการอักเสบ โดยมี IFN-γ เข้ามามีส่วนร่วม ซึ่งส่งผลต่อเซลล์ไมโครเกลีย (3) การอักเสบของระบบประสาทและความไม่สมดุลของ E/I ในโครงสร้างเฉพาะ (อะมิกดาลา ฮิปโปแคมปัส) ถูกแปลงเป็นอาการทางสังคมและอาการเรื้อรัง การแทรกแซงแบบย้อนกลับ – การกำจัดสายพันธุ์ “ที่เป็นอันตราย” หรือการเพิ่มสายพันธุ์ที่ลด Glu/GABA และ 3-OH-กลูทาริก – จะทำให้อาการต่างๆ อ่อนลง

เหตุใดสิ่งนี้จึงสำคัญ?

งานวิจัยนี้ได้แปลข้อถกเถียงเกี่ยวกับ “แกนลำไส้-สมอง” ใน ASD ให้เป็นภาษาเฉพาะของเซลล์และสารเมแทบอไลต์: เซลล์ CD4+ T ในสมองเป็นตัวกลางสำคัญ และกลูตาเมต/GABA และกรด 3-ไฮดรอกซีกลูทาริกเป็น “ลูกศร” ของสถานะที่วัดได้ นอกจากนี้ สิ่งเหล่านี้ไม่ได้เป็นเพียงความสัมพันธ์ แต่เป็นการทดสอบการทำงาน: ลด CD4+ → การเปลี่ยนแปลงพฤติกรรม เพิ่ม L. murinus → แย่ลง และให้ L. reuteri IMB015 → ดีขึ้น สิ่งนี้ช่วยเสริมข้อโต้แย้งสำหรับการบำบัดด้วยจุลินทรีย์แบบจำเพาะเจาะจงเพื่อเสริมแนวทางด้านพฤติกรรมและเภสัชวิทยา แม้ว่าจะอยู่ในขั้นตอนก่อนการทดลองทางคลินิกเท่านั้น

สิ่งนี้หมายถึงอะไรในทางปฏิบัติ?

• มันไม่ได้ "รักษาออทิซึม" แต่มันค้นหาเป้าหมาย เรากำลังพูดถึงหนูและเครื่องจักร การถ่ายทอดมันมาสู่มนุษย์จำเป็นต้องอาศัยการทดลองแบบ RCT ที่เป็นขั้นตอน
• ไบโอมาร์กเกอร์สำหรับการติดตาม: อัตราส่วนกลูตาเมต/GABA และระดับกรดกลูตาริก 3-OH ในอุจจาระดูเหมือนว่าจะเป็นตัวเลือกสำหรับการติดตามผลของการแทรกแซงของจุลินทรีย์
• กลยุทธ์ "ลบบวก" มีแนวโน้มที่จะลดจำนวนแท็กซาที่ "เป็นอันตราย" ลงพร้อมๆ กับรักษาแท็กซาที่ปกป้อง (เฉพาะสายพันธุ์) โดยเน้นที่โปรไฟล์การเผาผลาญ

ข้อจำกัดที่ผู้เขียนพูดถึงเอง

นี่คือแบบจำลองสัตว์ที่เน้นที่ BTBR เพศผู้ พฤติกรรมของหนูเป็นเพียงการประมาณอาการของมนุษย์ ผลกระทบทั้ง “ดี” และ “ร้าย” ปรากฏให้เห็นในแต่ละสายพันธุ์และภายใต้สภาวะการตั้งรกรากแบบควบคุม ในไมโครไบโอมจริง ปฏิกิริยาระหว่างกันนั้นรุนแรงกว่ามาก ท้ายที่สุด แม้แต่ใน IMB015 การทดสอบทั้งหมดก็ไม่ได้ดีขึ้นในทันที เพราะ “การเข้าสังคม” ตอบสนองได้น้อยกว่าความจำทางสังคมและการคงอยู่ จำเป็นต้องมีขั้นตอนทางคลินิก ตั้งแต่ความปลอดภัยไปจนถึงขนาดยาและระยะเวลา และการแบ่งกลุ่มอย่างระมัดระวัง (เพศ อายุ ฟีโนไทป์ของ ASD และอาการทางเดินอาหารร่วมด้วย)

วิทยาศาสตร์จะทำอะไรต่อไป?

ผู้เขียนได้สรุปแนวทางปฏิบัติไว้ดังนี้:

• RCT ที่จำเพาะสายพันธุ์ในผู้ป่วย ASD ที่มีจุดสิ้นสุดทางพฤติกรรมและการอักเสบของระบบประสาท รวมถึงจุลินทรีย์และเมแทบอไลต์ 'โอเมิกส์'
• แนวทางที่ขับเคลื่อนด้วยภูมิคุ้มกัน: กำหนดเป้าหมายไปที่เซลล์ T CD4+/ไซโตไคน์ของเซลล์เหล่านั้นในสมอง (โดยไม่กดภูมิคุ้มกันทั่วร่างกาย) เป็นกลยุทธ์เสริมที่เป็นไปได้
• กลุ่มจุลินทรีย์ที่ได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับการลด Glu/GABA และ 3-OH-กรดกลูตาริกพร้อมการตั้งรกรากและความเสถียรที่ได้รับการพิสูจน์แล้ว

ที่มา: Park JC และคณะจุลินทรีย์ในลำไส้และเซลล์ CD4+ T ที่อาศัยอยู่ในสมองมีอิทธิพลต่อผลลัพธ์ด้านพฤติกรรมในผู้ป่วยออทิสติกสเปกตรัม Nature Communications 16, 6422 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-61544-0