解開中樞神經感染與認能力下降關係的秘密

細菌感染可以對我們身體造成很大的傷害。尤其對中樞神經系統而言(CNS)，細菌感染會造成認知能力下降。最近一個研究顯示，經歷CNS感染會增加罹患失智症的風險 [1]。其中一個造成神經損傷的關鍵原因是感染的發炎反應。在這篇文章中，我們將會探討一篇paper是由Cassidy與他的同事撰寫，該文文旨為使用PhenoTyper和CognitionWall來探索神經併發症的神經機制 [2]。

用小鼠模型研究腦部感染

在Cassidy et al這篇研究中，研究者將單核細胞增生李斯特菌 (Listeria monocytogenes, Lm) 注射到週齡約八週大的小鼠中。Lm是一種食源性細菌，會侵入大腦，感染後可能導致神經系統併發症。Lm是一種可追蹤的有機物模型，對於研究中樞神經系統感染的免疫反應非常實用。

研究者注射生理食鹽水或含有Lm菌株的PBS到D57BL/6J的小鼠中。在這個實驗中使用了兩種不同的 Lm 菌株。第一個是 Lm 10403s 菌株（未經抗生素治療可能致命），以及另一種是去除了listeriolysin O的基因突變菌珠。這種突變菌珠不會入侵大腦。注射後，小鼠會被給予抗生素。

CognitionWall是用來評估小鼠認知能力的工具。小鼠會被放置在PhenoTyper 並利用EthoVision XT觀察。PhenoTyper 飼養籠和 EthoVision XT 追蹤軟體的結合使研究人員能夠觀察動物並進行測試，無需照顧動物或在場，可以盡量避免人類的影響。

您會如何測試學習行為？

CognitionWall 包含在PhenoTyper 飼養籠裡，可評估區辨學習(discrimination learning) 和逆轉學習(reversal learning)。CognitionWall有提供3個洞可以讓小鼠拿到獎賞的食物粒。當老鼠通過正確的洞進入該區域時，牠會收到食物獎勵。小鼠運動的紀錄和食物獎勵的發放均經由EthoVision XT的軟體”Tiral and Hardware Control”控制。

入口的數量或正確的反應次數都可以進入軟體裡編碼。Cassidy et al更進一步的更改了實驗程序以測試小鼠是否能夠消除先前學習的行為並獲得獎勵。逆向學習(reversal learning) 更為複雜，因為它涉及多個大腦區域，例如人類的海馬體(hippocampus)、杏仁核(amygdala)、眶額前額葉皮質(orbitofrontal-frontal cortex) 和背側紋狀體(dorsal striatum)。

細菌感染會造成認知能力下降

Cassidy與他的同事發現被Lm細菌感染過的小鼠在學習(learning) 和消除(extinction) 學習上的表現比較差。儘管在感染後的一個月就出現些許差異，但最顯著的結果是在感染後四個月觀察到的。另外，與突變菌株相比，入侵神經的菌株的使個體認知能力下降最嚴重，是由於神經元持續發炎所致。

然而，與控制組相比，被注射突變菌株的老鼠有出現出認知能力下降的情況。潛在機制很可能與感染產生反應並觸發系統性的細胞因子有關。研究人員沒有進一步探討這一點，但表示認知能力下降不單只是由細菌滲入大腦的細胞引發的。

有趣的是，感染侵襲神經性 Lm 的小鼠出現運動減少的表現，這也是最近在患有認知障礙的人中觀察到的情況。

進一步的了解大腦感染

作者表示應該要進一步的研究不同種類的Lm菌株，尤其是一種會引起腦部發炎但不會侵入大腦的菌株。他們的結論是，有必要進行更廣泛的研究，並著重於更多樣化的年齡和性別的小鼠（因為研究中只使用了特定年齡的雄性小鼠）。

理解和測量這些感染對認知功能的影響，確定這些不同的感染是如何透過神經毒性影響大腦的是重要的一步。這些訊息提供了發展的治療法並且可以大幅度的減少感染後的認知能力下降的重要性。

參考文獻

[1] Sipilä, P.N.; Heikkilä, N.; Lindbohm, J.V.; Hakulinen, C.; Vahtera, J.; Elovainio, M.; Suominen, S.; Väänänen, A.; Koskinen, A.; Nyberg, S.T.; et al. Hospital-Treated Infectious Diseases and the Risk of Dementia: A Large, Multicohort, Observational Study with a Replication Cohort. Lancet Infect. Dis. 2021, 21, 1557–1567, doi:10.1016/S1473-3099(21)00144-4.

[2] Cassidy, B.R.; Logan, S.; Farley, J.A.; Owen, D.B.; Sonntag, W.E.; Drevets, D.A. Progressive Cognitive Impairment after Recovery from Neuroinvasive and Non-Neuroinvasive Listeria Monocytogenes Infection. Front. Immunol. 2023, 14.