开颅手术（craniotomy）是一种常见的神经外科手术，它就像是医生打开大脑 “神秘城堡” 的一把钥匙，通过暂时切除一块头骨（骨瓣），医生们能够进入颅内空间，进行诸如切除脑肿瘤、清除血肿以及植入治疗帕金森病或癫痫的医疗器械等操作。然而，这把 “钥匙” 却带着一些烦恼。在 3% - 5% 的开颅手术案例中，感染会像不速之客一样出现，严重影响患者的康复进程。
其中，一半的开颅手术感染是由金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus，简称S. aureus）引起的。这种细菌十分狡猾，它会在骨瓣表面形成生物膜，就像给自己穿上了一层坚固的 “铠甲”，使得抗生素和人体自身的免疫系统都难以对其进行清除。目前，面对这种感染，医生们主要采用手术清创和长期使用全身抗生素的治疗方法。但随着抗生素耐药问题日益严重，这种治疗策略正逐渐陷入困境，就像在与细菌的战斗中，我们的武器越来越不给力。
此外，尽管之前的研究发现 CD4⁺ Th1 和 Th17 细胞在开颅手术感染中对控制细菌起着关键作用，但它们会产生多种细胞因子，这些细胞因子就像一群 “小调皮”，各自有着不同的作用，使得我们很难确定其中 IFN-γ（一种 Th1 细胞分泌的重要细胞因子）在感染过程中的具体角色。因此，为了找到更好的治疗方法，破解这些难题，来自美国内布拉斯加大学医学中心的研究人员展开了深入研究，并在《Journal of Neuroinflammation》期刊上发表了题为 “IFN-γ signaling promotes antibacterial activity during craniotomy infection by enhancing macrophage and microglial function” 的论文。研究发现，IFN-γ 在开颅手术感染中起着关键的保护作用，通过增强巨噬细胞和小胶质细胞的抗菌活性，有助于控制感染。这一发现为治疗慢性开颅手术感染提供了新的潜在治疗策略。
为了深入探究 IFN-γ 在开颅手术感染中的作用，研究人员运用了多种技术方法。他们建立了小鼠开颅手术感染模型，让小鼠模拟人类开颅手术感染的情况；使用单细胞转录组测序（scRNA-seq）技术，就像给细胞做了一次深度 “体检”，详细分析了不同细胞在感染过程中的基因表达变化；通过流式细胞术，能够精准地对免疫细胞进行分类和计数，了解它们在感染中的动态变化；利用基因编辑小鼠，如 Ifngr1⁻/⁻小鼠、Cx3cr1⁺⁽Cre⁾Ifngr1⁺⁽fl/fl⁾小鼠和 Mrp8⁺⁽Cre⁾Ifngr1⁺⁽fl/fl⁾小鼠等，研究特定基因缺失对感染的影响。
- IFN-γR1 信号在开颅手术感染中有益：研究人员对 Ifngr1⁻/⁻小鼠进行开颅手术感染实验，在感染后的第 7 天和第 14 天进行观察。结果发现，Ifngr1⁻/⁻小鼠大脑中的细菌负担明显加重，到了第 14 天，连头皮下的组织（galea）也受到了影响。进一步检查发现，在感染第 14 天，Ifngr1⁻/⁻小鼠的 Ly6G⁺粒细胞和 F4/80⁺小胶质细胞 / 巨噬细胞内的细菌数量显著增加。在感染初期，Ifngr1⁻/⁻小鼠大脑中的单核细胞、巨噬细胞和 CD4⁺ T 细胞浸润减少，而粒细胞增多；不过到了第 14 天，这些免疫细胞的差异大多消失了，但细菌负担却依然很高。这表明 IFN-γR1 信号对于控制开颅手术感染中的细菌生长至关重要，它主要影响免疫细胞的激活，而非细胞数量的变化。
- 单细胞转录组学揭示 IFN-γR1 缺乏时的免疫功能障碍：为了探究 Ifngr1⁻/⁻小鼠中细菌负担增加的原因，研究人员对感染第 14 天的小鼠进行了单细胞转录组测序。通过分析发现，虽然 WT 小鼠和 Ifngr1⁻/⁻小鼠的细胞频率相似，但 Ifngr1⁻/⁻小鼠的抗原呈递、干扰素反应和免疫激活信号通路在多个细胞类型中都出现了下调，同时粒细胞的焦亡途径也减少了，而转录和细胞应激途径则被上调。这一系列变化可能是导致 Ifngr1⁻/⁻小鼠难以控制细菌生长的原因。
- IFN-γR1 信号促进 PMN 中 caspase-1 活性：研究人员发现，在开颅手术感染中，caspase-1 对于控制细菌很重要，而 Ifngr1⁻/⁻小鼠的粒细胞中与焦亡相关的基因表达降低。在体外实验中，用 IFN-γ 处理 PMN（多形核中性粒细胞）可以增强其凋亡和 caspase-1 活性，但在体内实验中，Ifngr1⁻/⁻小鼠和 WT 小鼠免疫细胞中的 caspase-1 活性并没有显著差异。这说明 IFN-γR1 信号虽然可以增强 PMN 的 caspase-1 活性，但在体内可能还有其他炎症途径的作用更强，掩盖了这一效果。
- IFN-γR1 信号在开颅手术感染中的有益作用不能仅归因于巨噬细胞 / 小胶质细胞或粒细胞：研究人员通过对特定细胞类型缺失 IFN-γR1 的小鼠进行研究，发现粒细胞特异性缺失 IFN-γR1 的 Mrp8⁺⁽Cre⁾Ifngr1⁺⁽fl/fl⁾小鼠，其细菌负担和免疫细胞浸润没有明显变化；巨噬细胞和小胶质细胞特异性缺失 IFN-γR1 的 Cx3cr1⁺⁽Cre⁾Ifngr1⁺⁽fl/fl⁾小鼠，除了 CD4⁺ T 细胞数量略有下降外，细菌负担和免疫细胞群体也没有受到显著影响。这表明 IFN-γR1 信号需要多种先天免疫细胞的协同作用，才能有效防止金黄色葡萄球菌在开颅手术感染中过度生长。
- CD4⁺ Th 细胞频率受 IFN-γR1 缺乏影响：研究人员对 Ifngr1⁻/⁻小鼠组织中的炎症介质进行分析，发现 IFN-γ 水平因缺乏负反馈而显著升高，而 CXCL10 和 CCL5 这两种受 IFN-γ 诱导的趋化因子表达则明显降低。同时，IL-17 在 Ifngr1⁻/⁻小鼠的大脑和 galea 中显著增加，这表明 Th17 反应增强。对 scRNA-seq 数据集的分析也证实，Ifngr1⁻/⁻小鼠大脑中的 Th1/Th17 比例发生了改变，Th1 细胞减少，Th17 和 γδ T 细胞增多。
- IFN-γR1 缺乏破坏 T 细胞与先天免疫细胞的相互作用：研究人员使用 CellChat v2 工具对单细胞转录组数据进行分析，发现 Ifngr1⁻/⁻小鼠中细胞间的相互作用数量和强度普遍增加，但 T/NKT1 与多种先天免疫细胞簇的通信却显著减少。同时，在 Ifngr1⁻/⁻小鼠中，主要的巨噬细胞和小胶质细胞簇中骨桥蛋白（SPP1）信号增强，而 SPP1 信号与 Th17 反应的促进有关。此外，体外共培养实验表明，Th1 细胞比 Th17 细胞更能有效增强巨噬细胞和小胶质细胞对金黄色葡萄球菌的杀伤能力，且这一过程依赖于 IFN-γR1。这说明 IFN-γ 信号在协调 Th 细胞与巨噬细胞和小胶质细胞的相互作用中起着关键作用，可能促使感染部位的 Th1 细胞浸润增加。
总的来说，这项研究表明，IFN-γR1 在开颅手术感染中发挥着重要作用。它通过增强 Th 细胞与先天免疫细胞的通信，促进 Th1 转录反应，从而增强巨噬细胞和小胶质细胞的抗菌活性。研究还发现，Th1 细胞在控制感染方面比 Th17 细胞更有效，尽管 Th17 细胞也有一定的保护作用，但程度较弱。
这项研究的意义重大。一方面，它为我们理解开颅手术感染的免疫机制提供了新的视角，让我们知道了 IFN-γ 在其中的关键作用，就像找到了这场免疫战争中的重要 “指挥官”。另一方面，它为开发治疗慢性开颅手术感染的新策略提供了潜在的方向，例如通过调控 IFN-γ 反应，有可能找到更有效的治疗方法，帮助那些受到开颅手术感染困扰的患者。不过，研究也存在一些局限性，比如没有直接研究 Th17 偏倚对控制细菌复制的影响，还有一些相关因素也没有深入探究等。但这并不影响它为后续研究奠定基础，相信未来的研究能够进一步完善这些内容，为临床治疗带来更多的突破。
