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機(jī)體的正常工作需要代謝垃圾及時(shí)清除，大腦也是如此。
與其他器官不同的是，為了保護(hù)這個(gè)重要器官，人體有血腦屏障控制物質(zhì)的進(jìn)出。血腦屏障由毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞，細(xì)胞外基質(zhì)和星形膠質(zhì)細(xì)胞終足組成，星形膠質(zhì)細(xì)胞終足和血管內(nèi)皮細(xì)胞之間的空隙被稱作血管周圍間隙，是腦脊液和組織間液交換和大腦代謝廢物清除的重要途徑[1]。
除了腦脊液，血管周圍間隙中還有一些免疫細(xì)胞存在，是大腦的“保護(hù)傘”。但我們對(duì)這些細(xì)胞究竟在大腦中做著哪些工作還知之甚少。
近日，來(lái)自圣路易斯華盛頓大學(xué)的研究者們發(fā)現(xiàn)，腦實(shí)質(zhì)邊緣巨噬細(xì)胞可以調(diào)節(jié)腦脊液流動(dòng)，幫助清除大腦中的有毒物質(zhì)，可能成為阿爾茨海默?。ˋD）等神經(jīng)退行性疾病治療的新靶點(diǎn)。該研究成果發(fā)表在《自然》雜志上[2]。
論文首頁(yè)截圖
大腦中的髓系細(xì)胞群體主要是由小膠質(zhì)細(xì)胞組成的，但在腦實(shí)質(zhì)邊緣的軟腦膜和血管周圍間隙中，也存在著巨噬細(xì)胞，研究者們把它們統(tǒng)稱為腦實(shí)質(zhì)邊緣巨噬細(xì)胞（PBMs）。
研究人員在小鼠枕大池注射熒光示蹤劑后發(fā)現(xiàn)，28.9%的示蹤劑被PBMs細(xì)胞吸收。隨后研究人員又在紋狀體中注射熒光示蹤劑，同樣發(fā)現(xiàn)示蹤劑在擴(kuò)散過(guò)程中被PBMs吸收。說(shuō)明在腦脊液進(jìn)出腦實(shí)質(zhì)的過(guò)程中，PBMs會(huì)吸收腦脊液中的成分，這個(gè)過(guò)程可能會(huì)影響到腦脊液流動(dòng)動(dòng)力學(xué)。
為了驗(yàn)證這一猜想，研究者們向枕大池中注射了含有氯膦酸鹽的脂質(zhì)體，以特異性的清除掉PBMs（不影響硬腦膜淋巴系統(tǒng)和脈絡(luò)膜巨噬細(xì)胞）。在注射一周后，大約75%的PBMs被清除，而小膠質(zhì)細(xì)胞沒(méi)有受到影響。
此時(shí)再向枕大池注射熒光示蹤劑，發(fā)現(xiàn)PBMs清除的小鼠與未清除小鼠相比，示蹤劑覆蓋范圍顯著降低了。在氯磷酸鹽注射3周后，隨著PBMs細(xì)胞數(shù)量的回升，熒光示蹤劑的覆蓋范圍也有所回升。PBMs清除后向紋狀體注射熒光示蹤劑的實(shí)驗(yàn)也顯示，示蹤劑在腦實(shí)質(zhì)內(nèi)堆積而無(wú)法通過(guò)腦脊液流出。
另外，對(duì)腦脊液進(jìn)行蛋白質(zhì)組學(xué)研究，也發(fā)現(xiàn)大腦代謝產(chǎn)物如突觸相關(guān)蛋白和AD相關(guān)蛋白也在腦脊液中產(chǎn)生了堆積。以上結(jié)果均提示PBMs清除后小鼠腦脊液流動(dòng)受阻。
上述結(jié)果是在小鼠處死后使用熒光顯微成像觀察得到的結(jié)果。隨后，研究者們使用MRI和活體熒光成像觀察活體情況下腦脊液動(dòng)力學(xué)改變。結(jié)果也發(fā)現(xiàn)PBMs清除后腦脊液流動(dòng)受阻。
PBMs清除后腦脊液流動(dòng)受阻。OVA：熒光示蹤劑；CLO：氯膦酸鹽脂質(zhì)體，可以清除PBMs
進(jìn)一步研究表明，清除PBMs是通過(guò)影響血管周圍間隙結(jié)構(gòu)，來(lái)阻礙腦脊液流動(dòng)的。對(duì)血管周圍間隙結(jié)構(gòu)造成的影響主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
①血管周圍間隙的寬度變窄，但AQP4水通道蛋白的表達(dá)和極性并未受影響。
②成纖維細(xì)胞中產(chǎn)生細(xì)胞外基質(zhì)的基因表達(dá)上調(diào)，而降解細(xì)胞外基質(zhì)的基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）活性下降，導(dǎo)致IV型膠原和層粘連蛋白等細(xì)胞外基質(zhì)蛋白在血管周圍沉積。
③動(dòng)脈血管舒張反應(yīng)受阻。細(xì)胞外基質(zhì)的沉積通常會(huì)導(dǎo)致動(dòng)脈反應(yīng)性下降，研究者們通過(guò)顱窗觀察到在10%二氧化碳和胡須刺激兩種刺激下血管直徑變化，發(fā)現(xiàn)動(dòng)脈血管均無(wú)法正常擴(kuò)張，而動(dòng)脈血管的搏動(dòng)和運(yùn)動(dòng)是腦脊液回流的動(dòng)力來(lái)源。
PBMs清除對(duì)腦脊液流動(dòng)的影響。A, 血管周圍間隙縮窄；B，細(xì)胞外基質(zhì)蛋白在血管周圍沉積；C, 血管舒張反應(yīng)受阻
巨噬細(xì)胞有很多亞型，各自執(zhí)行著不同的功能。為了探究是哪一類巨噬細(xì)胞在執(zhí)行腦脊液調(diào)節(jié)功能，研究人員們根據(jù)表達(dá)基因的不同，將PBMs分為L(zhǎng)YVE1+和MHCII+兩大類。其中，PBMs對(duì)腦脊液動(dòng)力學(xué)的調(diào)控作用主要依賴于LYVE1+PBMs。
具體來(lái)看，LYVE1+PBMs主要分布在表達(dá)α-平滑肌動(dòng)蛋白的動(dòng)脈血管附近，是專職清除雜質(zhì)的細(xì)胞；而MHCII+PBMs主要分布在不表達(dá)α-平滑肌動(dòng)蛋白的血管附近，負(fù)責(zé)抗原呈遞，發(fā)揮免疫功能。LYVE1+巨噬細(xì)胞可以與血管平滑肌細(xì)胞相互作用，實(shí)現(xiàn)自己在血管周圍間隙的遷移。
當(dāng)使用基因條件性敲除技術(shù)，在不影響MHCII+PBMs的前提下將小鼠LYVE1+PBMs清除時(shí)，同樣可觀察到細(xì)胞外基質(zhì)在血管周圍間隙沉積。但與急性藥物同時(shí)清除這兩種PBMs相比，僅僅基因敲除LYVE1+PBMs引起的淋巴引流障礙要更輕，可能是由于形成了代償性腦脊液引流的通路。
既往研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，老年小鼠存在腦脊液引流障礙[3]。這種引流障礙是否是由PBMs功能異常所引起的呢？
研究人員首先使用MRI和熒光活體成像證實(shí)，與3月齡的年輕小鼠相比，24月齡的老年小鼠存在腦脊液引流障礙。同時(shí)通過(guò)免疫熒光和流式的手法，研究人員們確認(rèn)老年小鼠PBMs的總體數(shù)量沒(méi)有變化，但LYVE1+細(xì)胞明顯減少，MHCII+細(xì)胞明顯增多。
接下來(lái)，研究人員向老年小鼠枕大池注射巨噬細(xì)胞集落刺激因子，發(fā)現(xiàn)在刺激6h后，小鼠的腦脊液引流狀況得到了顯著改善，MMP活性也顯著提高，細(xì)胞外基質(zhì)沉積得到改善。
老年小鼠LYVE1+細(xì)胞減少，MHCII+細(xì)胞增多（上）。使用集落刺激因子后老年小鼠腦脊液引流改善，細(xì)胞外基質(zhì)沉積緩解（下）。
最后，研究人員將這一新發(fā)現(xiàn)在疾病模型中做了驗(yàn)證。
他們給2月齡的5xFAD小鼠（同時(shí)表達(dá)5個(gè)家族性AD突變基因的轉(zhuǎn)基因鼠，在2月齡出現(xiàn)淀粉樣蛋白沉積表型），注射含有氯膦酸鹽的脂質(zhì)體，并在注射一個(gè)月后檢測(cè)小鼠病理。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，PBMs清除后的5xFAD小鼠淀粉樣蛋白沉積明顯增多。通過(guò)單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組測(cè)序，研究人員發(fā)現(xiàn)5xFAD小鼠PBMs吞噬功能、內(nèi)吞功能和IFNγ通路相關(guān)蛋白表達(dá)顯著改變。
重要的是，在人類家族性AD患者的PBMs細(xì)胞中也發(fā)現(xiàn)了相似的改變，且IFNγ與PBMs之間的相互作用可能在疾病過(guò)程中發(fā)揮重要作用。上述結(jié)果提示，PBMs改變引起的腦脊液引流障礙與AD患者大腦中的淀粉樣蛋白沉積有關(guān)
沒(méi)想到腦實(shí)質(zhì)邊緣巨噬細(xì)胞雖然數(shù)量少，但是對(duì)腦脊液的流動(dòng)有如此重要的作用。本研究首次發(fā)現(xiàn)了PBMs對(duì)腦脊液流動(dòng)的調(diào)節(jié)作用，拓寬了我們對(duì)PBMs功能的探索空間。
AD等神經(jīng)退行性疾病中都存在著腦脊液流動(dòng)障礙，這也使得Aβ等毒性代謝產(chǎn)物無(wú)法及時(shí)被清除，在大腦中堆積，導(dǎo)致神經(jīng)元死亡[4]。多年以來(lái)科學(xué)家們嘗試了許多種加速腦脊液清除功能的方法來(lái)延緩和治療AD，但由于血腦屏障的存在，很多藥物無(wú)法抵達(dá)它們?cè)诖竽X中的作用靶點(diǎn)。相比之下，腦實(shí)質(zhì)邊緣主要負(fù)責(zé)吞噬和清除的巨噬細(xì)胞容易被調(diào)節(jié)和替換，又能有效的調(diào)控腦脊液流動(dòng)，具有廣闊的應(yīng)用前景。
調(diào)節(jié)PBMs治療AD究竟能不能實(shí)現(xiàn)，還是要經(jīng)過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)以及漫長(zhǎng)的臨床試驗(yàn)的檢驗(yàn)。期待科學(xué)家們后續(xù)的探索，不知道這次能不能給我們帶來(lái)驚喜呢~
參考文獻(xiàn)：
[1] Plog BA, Nedergaard M. The Glymphatic System in Central Nervous System Health and Disease: Past, Present, and Future. Annu Rev Pathol. 2018;13:379-394. doi:10.1146/annurev-pathol-051217-111018
[2] Drieu A, Du S, Storck SE, et al. Parenchymal border macrophages regulate the flow dynamics of the cerebrospinal fluid. Nature. 2022;611(7936):585-593. doi:10.1038/s41586-022-05397-3
[3] Da Mesquita S, Louveau A, Vaccari A, et al. Functional aspects of meningeal lymphatics in ageing and Alzheimer's disease [published correction appears in Nature. 2018 Nov 5;:]. Nature. 2018;560(7717):185-191. doi:10.1038/s41586-018-0368-8
[4] Perosa V, Oltmer J, Munting LP, et al. Perivascular space dilation is associated with vascular amyloid-β accumulation in the overlying cortex. Acta Neuropathol. 2022;143(3):331-348. doi:10.1007/s00401-021-02393-1
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