1、 大腦里有淋巴系統(tǒng)嗎？ 作者：杰弗里艾利夫和麥肯尼德加德所有的軀體器官中大腦是獨(dú)一無二的，它缺乏淋巴脈管系統(tǒng)。在外周,淋巴循環(huán)促進(jìn)清除間質(zhì)細(xì)胞外蛋白質(zhì)和多余的液體,對內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)起著關(guān)鍵作用。在大腦,盡管它具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)、高代謝活動(dòng)和神經(jīng)細(xì)胞對外界刺激的靈敏變化,然而卻沒有確定特定的器官性解剖結(jié)構(gòu)，能高效地促進(jìn)腦內(nèi)代謝廢物的清除。當(dāng)前對大腦間隙溶質(zhì)清除的理解小分子和疏水性化合物,穿過血腦屏障相對無限制。特定的血腦屏障轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白分子底物也容易從大腦中清除出去。其他化合物清除，必須從腦間質(zhì)到腦脊液（ CSF ），在那里他們最終通過蛛網(wǎng)膜顆粒的血液流或沿顱神經(jīng)周圍淋巴管消除。然而，大部分的腦組織和腦脊液

2、之間的距離太大，通過簡單擴(kuò)散高效清除太困難，特別是對低擴(kuò)散系數(shù)的大型分子（如肽和蛋白質(zhì)）。相反將大腦間隙溶質(zhì)的清除歸因于總體流動(dòng)，通過該間質(zhì)液（ISF）的對流伴隨溶質(zhì)清掃在很大程度上決定于獨(dú)立的分子大小。在一個(gè)有爭議的一系列研究中，Grady等認(rèn)為腦間質(zhì)液ISF可以沿周圍腦血管與腦脊液CSF交換。因?yàn)檫@些結(jié)果似乎隨后由Cserr等駁倒，腦脊液逆行運(yùn)動(dòng)到腦實(shí)質(zhì)現(xiàn)在認(rèn)為僅有相對較小的生理重要性。然而,如果大量的腦脊液穿過大腦間質(zhì),并且這個(gè)通量發(fā)生在我們知道解剖路徑,這將從根本上改變我們對腦脊液促進(jìn)間隙溶質(zhì)和代謝廢物從大腦清除認(rèn)知。腦類淋巴途徑血管旁間隙溶質(zhì)清除途徑。在最近的兩項(xiàng)研究,我們首次定義全

3、腦解剖路徑,能促進(jìn)腦脊液和腦組織液的交換和大腦間隙溶質(zhì)的清除。這個(gè)途徑包括三要素:腦脊液涌入路線;靜脈腦脊液路線;依賴星形膠質(zhì)細(xì)胞水運(yùn)輸通道蛋白-4的運(yùn)輸途徑 (用圖1表示)。使用體內(nèi)雙光子形成的共焦成像和小分子重量的CSF熒光示蹤劑，我們發(fā)現(xiàn)大部分的( 40%)蛛網(wǎng)膜下腔腦脊液迅速進(jìn)入滲透在整個(gè)大腦動(dòng)脈周圍的腦實(shí)質(zhì)空間。CSF示蹤劑進(jìn)入大腦最初通過Virchow-Robin空間,接著,順著動(dòng)脈血管平滑肌的基膜到達(dá)大腦毛細(xì)血管床的基膜。在各級血管分支路線,腦脊液示蹤劑到達(dá)細(xì)胞間隙空間,反映了腦脊液和腦組織液的交換情況。腦脊液涌入并擴(kuò)展至整個(gè)大腦,似乎發(fā)生在幾乎所有深動(dòng)脈。相比之下,腦組織液通道

4、被限制在一些特定的大口徑靜脈。直接注入大腦間質(zhì)皮質(zhì)，紋狀體,或丘腦的熒光示蹤物清晰的顯示出腦內(nèi)靜脈，加倫靜脈和腹外側(cè)尾鼻腔的靜脈。星形細(xì)胞 AQP4水通道以一種高度極化的方式表達(dá)在血管周圍的星形細(xì)胞梢足，這些梢足立即連通CSF涌入途徑和ISF清除相連接途徑(圖1和圖2)。我們認(rèn)為這些血管周的水通道可以促進(jìn)腦脊液的流動(dòng)。為了驗(yàn)證這一點(diǎn),我們用體內(nèi)雙光子熒光成像觀察了球形Aqp4基因敲除小鼠的腦脊液流動(dòng)。與野生型相比,Aqp4缺少的小鼠，CSF涌入量大幅減少。與此類似,當(dāng)我們對大腦使用放射性示蹤劑分析時(shí)發(fā)現(xiàn),沒Aqp4老鼠間質(zhì)溶質(zhì)清除降低了大約70%。圖1為健康大腦和患病大腦淋巴通路功能示意圖。大

5、腦彌漫性損傷后腦類淋巴間隙溶質(zhì)清除基本框架構(gòu)建失敗。A圖,在健康的大腦,來自蛛網(wǎng)膜下腔的腦脊液(CSF)沿在深動(dòng)脈周圍的血管旁通道空間迅速進(jìn)入大腦與腦組織液進(jìn)行交換。腦組織液和溶質(zhì)被包圍在大靜脈周圍的血管旁空間清除(橙色箭頭)。只有星形細(xì)胞通過表達(dá)水通道蛋白-4，才能促進(jìn)腦脊液流入，腦組織液流出的流體通路。這個(gè)對流通路能促進(jìn)間隙溶質(zhì)從大腦清除。B圖，彌漫性損傷后發(fā)生的反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞增生，如微小梗死或輕度創(chuàng)傷性腦傷，造成水通道蛋白4從血管周圍突觸梢足到星形膠質(zhì)細(xì)胞胞體的錯(cuò)誤定位。彌漫性損傷后，會導(dǎo)致間質(zhì)體積流動(dòng)和腦淋巴間隙溶質(zhì)清除效率的損失并可促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)外蛋白質(zhì)聚集體（如淀粉樣或頭）沉積。圖

6、2，彌漫性損傷后水通道蛋白4（AQP4）定位發(fā)生變化。 A，免疫熒光雙標(biāo)記顯示，在健康的年輕小鼠的大腦，AQP4高度表達(dá)在圍繞于腦微血管周圍的星形膠質(zhì)細(xì)胞突觸梢足。B，輕度創(chuàng)傷性腦損傷七天后，在整個(gè)腦皮質(zhì)同側(cè)觀察，普遍反應(yīng)星形膠質(zhì)細(xì)胞增生（膠質(zhì)纖維酸性蛋白GFAP免疫反應(yīng)）。在活性星形膠質(zhì)細(xì)胞增生的區(qū)域，水通道蛋白的定位嚴(yán)重?cái)_亂，表現(xiàn)出突觸小結(jié)損失，細(xì)胞體定位增多。類似的表達(dá)變化也出現(xiàn)在微小腦梗死后。正如我們最近所做的研究，這些發(fā)現(xiàn)證明這條連接腦脊液流入動(dòng)脈，腦組織液沿靜脈流出的AQP4依賴整體流動(dòng)路線，形成了廣闊系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)能促進(jìn)大腦軟組織間質(zhì)的溶質(zhì)的清除。在此膠質(zhì)依賴和功能結(jié)構(gòu)與外周淋巴

7、系統(tǒng)同源的基礎(chǔ)上，我們稱這種膠質(zhì)血管通路為腦類淋巴系統(tǒng)。（如圖1）水溶性淀粉樣蛋白（A）是存在于健康年輕大腦的腦組織液，其清除的失敗引起斑塊沉積被認(rèn)為與老年癡呆癥密切相關(guān)。接下來，我們評估可溶的A是否為腦類淋巴系統(tǒng)除除的腦間隙溶質(zhì)之一。當(dāng)熒光標(biāo)記的A注射到皮質(zhì)或紋狀體，它在與其他熒光示蹤物相同的血管旁積累，我們用放射性標(biāo)記的A直接注射到野生型小鼠的紋狀體，并對這些小鼠和AQP4缺失的小鼠進(jìn)行了測量。在AQP4缺失的小鼠，放射性標(biāo)記的A與野生型相比，清除率降低約65，提示流沿腦類淋巴通路的AQP4依賴液體流構(gòu)成可溶性A從腦間質(zhì)清除的一個(gè)關(guān)鍵機(jī)制。彌漫膠質(zhì)細(xì)胞損傷對腦類淋巴通路功能的影響 對很多機(jī)

8、制上不同形式的腦損傷，反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞增生是常見的細(xì)胞損傷反應(yīng)，包括缺血和外傷性腦損傷，其特征在于改變星形膠質(zhì)細(xì)胞形態(tài)和分子的表達(dá)模式。雖然更嚴(yán)重的缺血和外傷性顱腦損傷伴有神經(jīng)膠質(zhì)瘢痕形成，但是低強(qiáng)度損傷經(jīng)常導(dǎo)致彌性和持久反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞增生。這體現(xiàn)在我們小組最近的研究。在參展的彌漫性微血管梗死小鼠模型中只有低級別的總?cè)毖?fù)荷，才會在損傷長達(dá)一個(gè)月后發(fā)生整個(gè)皮層和紋狀體反應(yīng)性膠質(zhì)細(xì)胞增生。類似地，在溫和的創(chuàng)傷腦損傷模型，沒有明顯腦組織損傷至少1個(gè)月后會發(fā)生廣泛的皮層和皮層下反應(yīng)性膠質(zhì)細(xì)胞增生。改變AQP4表達(dá)往往是與觀察反應(yīng)性星形膠質(zhì)細(xì)胞增生相結(jié)合。后缺血性或創(chuàng)傷性腦損傷，AQP4表達(dá)通常

9、是升高。因?yàn)檫@些研究使用中度至重度缺血性和創(chuàng)傷性腦損傷，這在很大程度上可能是歸屬于改變了膠質(zhì)瘢痕內(nèi)AQP4的表達(dá)。在我們自己的微血管和輕度創(chuàng)傷性的腦損傷研究中， 彌漫性反應(yīng)性膠質(zhì)化區(qū)域內(nèi)AQP4表達(dá)改變更為復(fù)雜。一般情況下膠質(zhì)化區(qū)域AQP4表達(dá)升高發(fā)生在彌漫性微血管梗死7天后，但損傷后14天恢復(fù)正常。然而AQP4表達(dá)的分布在至少受傷后1個(gè)月任然是被擾亂的。在健康大腦觀察到，水通道蛋白在活性星形細(xì)胞表現(xiàn)出顯著減少極性，（降低血管周圍APQ4免疫反應(yīng)和提高細(xì)胞體AQP4免疫反應(yīng)）而不是在高度極化的血管旁定位。類似的模式，輕度創(chuàng)傷性腦損傷后，星形膠質(zhì)細(xì)胞反應(yīng)也觀察到AQP4失調(diào)（圖2B）。AQ失調(diào)在星形膠質(zhì)細(xì)胞反應(yīng)也觀察到輕度創(chuàng)傷性腦損傷后（圖2B）鑒于血管周圍AQP4對腦類淋巴清除腦間質(zhì)溶質(zhì)扮演的重要角色，包括可溶性A14 ，大腦彌漫性損傷后AQP4的定位改變或許對疾病的發(fā)病機(jī)制有關(guān)鍵作用，如血管性癡呆和創(chuàng)傷性腦損傷。我們認(rèn)為AQP4從血管旁突出梢足到星星膠質(zhì)細(xì)胞胞體的錯(cuò)誤定位阻礙了腦間質(zhì)