新冠肺炎、阿尔茨海默病、创伤性脑损伤等传染性或慢性疾病会导致大脑炎症或神经炎症，从而削弱肌肉。虽然科学家们意识到炎症和肌肉无力之间的联系，但所涉及的分子和过程尚不清楚。
在我们的研究中，我们的神经科学家和生物学家团队发现了大脑和肌肉之间隐藏的对话，引发肌肉疲劳，以及潜在的治疗方法。
神经炎症和肌肉疲劳
当你的中枢神经系统——大脑和脊柱——激活自身的免疫系统来保护自己免受感染、毒素、神经变性和创伤性损伤时，神经炎症就会产生。神经炎症反应主要发生在大脑。但由于未知的原因，患者还会出现许多中枢神经系统以外的症状，如令人衰弱的疲劳和肌肉疼痛。
为了解决这个难题，我们研究了三种不同疾病背景下的脑部炎症：大肠杆菌引起的脑膜炎的细菌感染；COVID-19病毒感染；阿尔茨海默病的神经退化然后，我们分析了这些免疫变化如何影响肌肉表现。
我们测量了感染活细菌、病毒蛋白或神经毒性蛋白的果蝇和小鼠大脑的免疫变化。大脑中有毒分子的最初积累通常会增加对感染等压力的反应，之后大脑产生高水平的细胞因子-激活免疫系统的化学物质-释放到体内。当这些细胞因子到达肌肉时，它们会激活一系列的化学反应，破坏细胞的能量来源——线粒体产生能量的能力。
虽然这些免疫变化的结果似乎不会损害肌肉纤维，但它确实会导致疲劳。当我们在给这些动物治疗以抵消免疫激活的影响后测量它们的肌肉表现时，我们发现，与未感染的动物相比，苍蝇和老鼠对手动或机械刺激的反应明显减少。这表明这些动物的耐力下降了。
有限公司大脑和肌肉之间的对话
我们的研究结果表明，由感染或慢性疾病引起的肌肉疲劳是由大脑到肌肉的沟通途径引起的，该途径在不破坏肌肉结构或完整性的情况下消耗肌肉中的能量。与传统的肌肉功能障碍解释不同，传统的肌肉功能障碍解释侧重于大脑之外的原因，比如肌肉纤维的损伤，而这种途径直接导致疲劳。
由于参与脑-肌肉通讯的关键细胞因子在不同物种的进化过程中一直保持不变，我们相信这种信号通路可能代表了大脑用来获取和重新分配能量以对抗感染的普遍机制。
由于我们只在简化模型的背景下研究脑肌轴，我们不知道它是否适用于更复杂的情况，如纤维肌痛或慢性疲劳综合征。我们也不知道肌肉中受损的能量产生与大脑中受损的能量产生之间的关系。
此外，脑肌轴通过一系列相互关联的步骤工作。但这种交流的确切机制以及其他细胞因子的潜在参与尚不清楚。
肌肉疲劳是常见的疾病
肌肉无力和疲劳是多种疾病的常见症状，从细菌和病毒感染到慢性疾病和神经退行性疾病。这些症状令人痛苦，并降低了全世界数百万人的生活质量。
例如，全球6500万长期与COVID作斗争的人中，大多数人都会经历持续数月至数年的致残疲劳。
同样，肌肉力量下降是早期阿尔茨海默病的常见症状，全球至少有5000万人受到这种疾病的影响。
更好地了解神经炎症是如何导致肌肉疲劳的，可以找到改善肌肉功能的潜在治疗方法。
新的治疗方法即将出现
我们的研究表明，以脑肌轴为靶点可以为肌肉疲劳提供新的治疗策略。
目前，我们正在神经炎症小鼠身上测试中和抗体——一种结合并抑制细胞因子功能的蛋白质。这些fda批准的治疗方法专门针对大脑分泌的细胞因子，并阻止信号传导到肌肉。我们感兴趣的是确定哪些中和抗体，或抗体的组合，可以防止老鼠的肌肉疲劳。
我们还计划进行一项长期的COVID临床试验，以分析患者体内的细胞因子水平。目前尚不清楚其他COVID-19蛋白是否也会引发神经炎症和肌肉疲劳。最近的证据表明，长时间的COVID可能与感染后几个月仍存在于包括大脑在内的几个器官中的病毒颗粒有关。然而，目前尚不确定这是否以及如何与长期COVID中观察到的高水平细胞因子有关。
随着进一步的发展，针对大脑肌肉轴的治疗可能会成为长期感染COVID和其他导致脑部炎症的疾病的有效治疗方法。
Diego E Rincon-Limas是佛罗里达大学神经学副教授。Aaron N . Johnson是圣路易斯华盛顿大学发育生物学、艺术与科学副教授。
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