中樞神經(jīng)系統(tǒng)淋巴循環(huán)與阿爾茨海默病關系的研究進展

劉 芳，張 煒，王 娟，暢雪麗，張 晶，郭軍紅

阿爾茨海默病(Alzheimer′s disease，AD)是一種嚴重的、年齡相關的中樞神經(jīng)系統(tǒng)變性病，主要表現(xiàn)為進行性的認知功能障礙，同時伴有精神行為異常和日常生活能力下降[1]。AD特征性病理改變包括腦內出現(xiàn)β-淀粉樣蛋白(amyloid β protein，Aβ)沉積，神經(jīng)元內出現(xiàn)過度磷酸化Tau蛋白聚集形成的神經(jīng)原纖維纏結(neurofibrillary tangles，NFTs)以及大量的神經(jīng)元丟失與腦萎縮[1]。AD是最常見的癡呆類型，目前全球有超過3 000萬例病人，隨著人口老齡化進程的加劇，這個數(shù)字還在繼續(xù)攀升，預計40年后將增加至1.2億人[2]。我國AD病人數(shù)量也在持續(xù)增長，1990年時尚不足200萬人，2010年已接近600萬人[3]。而且，AD的花費相當驚人，目前我國AD病人單人年花費已達15萬元[4]，給社會和家庭造成了沉重的經(jīng)濟負擔[5]。AD已成為亟待解決的公共衛(wèi)生問題。然而，直到目前為止，仍然缺乏治愈AD的藥物，大量臨床試驗以失敗告終，究其原因，主要是對病因、發(fā)病機制的了解仍不全面[6]。 傳統(tǒng)觀點認為中樞神經(jīng)系統(tǒng)不存在襯有內皮細胞的淋巴管，也不存在淋巴循環(huán)。近年來，研究證實中樞神經(jīng)系統(tǒng)確實存在淋巴循環(huán)，清除腦組織中的大分子代謝廢物是其主要生理功能之一，而蛋白質異常沉積是AD的病理特點。有研究表明中樞神經(jīng)系統(tǒng)淋巴循環(huán)功能受損可能參與了AD的發(fā)病過程。本研究對中樞神經(jīng)系統(tǒng)淋巴循環(huán)與AD之間的關系以及相關研究進展進行綜述。

1 中樞神經(jīng)系統(tǒng)淋巴循環(huán)

腦組織代謝形成的蛋白質廢物通過多種途徑清除，包括血腦屏障、酶降解及中樞神經(jīng)系統(tǒng)淋巴循環(huán)。傳統(tǒng)觀點認為經(jīng)血腦屏障清除占據(jù)主要地位，但最新的研究發(fā)現(xiàn)，中樞神經(jīng)系統(tǒng)淋巴循環(huán)在大分子廢物的清除上發(fā)揮著更為重要的作用[7-8]。中樞神經(jīng)系統(tǒng)淋巴循環(huán)包括膠質淋巴系統(tǒng)和腦膜淋巴管兩部分。膠質淋巴系統(tǒng)是一個由星形膠質細胞介導的可促進腦內廢物清除的腦脊液-腦組織液交換流動系統(tǒng)，主要包括動脈周圍間隙、星形膠質細胞足突上的水通道蛋白-4(aquaporin-4，AQP4)及靜脈周圍間隙[9]。膠質淋巴系統(tǒng)/腦膜淋巴管的工作模式(見圖1)：蛛網(wǎng)膜下腔的腦脊液沿動脈周圍間隙進入腦的深部，經(jīng)AQP4的介導流入腦組織間隙(腦脊液→組織液)，并推動腦組織液經(jīng)靜脈周圍間隙回到蛛網(wǎng)膜下腔(組織液→腦脊液)，由上述循環(huán)進入腦脊液的蛋白質廢物最終經(jīng)腦膜淋巴管被送至頸深淋巴結處理。

圖1 膠質淋巴系統(tǒng)/腦膜淋巴管工作模式圖[10]

1.1 膠質淋巴系統(tǒng) 在大腦皮層表面，腦動脈穿過充滿腦脊液的蛛網(wǎng)膜下腔延伸為軟腦膜動脈，后者進入腦實質中滋養(yǎng)腦組織。在腦實質內包繞在動脈周圍的間隙稱為動脈周圍間隙，與蛛網(wǎng)膜下腔相聯(lián)系，隨著動脈分支變?yōu)樾用}和毛細血管以及毛細血管匯聚為靜脈，動脈周圍間隙內的腦脊液繼續(xù)流入小動脈、毛細血管和小靜脈的血管周圍間隙[11]。為明確血管周圍間隙在腦脊液與腦組織液間物質交換中的作用，有研究將熒光示蹤劑注入小鼠的小腦延髓池，利用雙光子顯微鏡動態(tài)觀察到注入腦脊液的熒光示蹤劑首先流入動脈周圍間隙(非靜脈周圍間隙)，隨著時間延長，示蹤劑繼續(xù)沿著小動脈的周圍間隙進入大腦深部，而后小分子示蹤劑進入組織液中，在經(jīng)歷更長的時間之后(大約1 h之后)，示蹤劑在毛細血管和小靜脈的血管周圍間隙中濃度升高，并沿著靜脈周圍間隙回到腦脊液中[5]。

AQP4是大腦內分布最廣泛的水通道蛋白，在星形膠質細胞足突表面高度集中[12-13]。AQP4是腦脊液在血管周圍間隙與腦組織液間交換的主要通道，是膠質淋巴系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)[8]。將顯影劑注入小鼠腦室后短時間內即在腦實質中觀察到顯影劑的存在，最終回到靜脈血管周圍間隙。但將顯影劑注入AQP4-/-轉基因小鼠腦室，進入腦實質的顯影劑顯著減少；如果將顯影劑直接注入腦實質，顯影劑的清除速度會顯著減慢[13]。

1.2 腦膜淋巴管 淋巴系統(tǒng)在體內廣泛分布，幫助清除組織內過量的水分和大分子物質。過去并不認為中樞神經(jīng)系統(tǒng)存在淋巴管，因此，對大腦怎樣清除組織中的大分子廢物存在疑問，有觀點認為大分子廢物經(jīng)蛛網(wǎng)膜顆粒進入靜脈系統(tǒng)是膠質淋巴系統(tǒng)的下游[14]。Koh等[15]研究發(fā)現(xiàn)相當可觀的一部分腦脊液被引流至顱外的淋巴結和淋巴系統(tǒng)，但是很長一段時間都不清楚腦脊液經(jīng)過怎樣的途徑進入了淋巴循環(huán)。Aspelund等[14]研究發(fā)現(xiàn)在小鼠的硬腦膜中存在淋巴管網(wǎng)絡。腦膜淋巴管從臨近的蛛網(wǎng)膜下腔中吸收腦脊液，并在顱骨基底部處將腦脊液注入頸淋巴結。人類硬腦膜中同樣存在淋巴管網(wǎng)絡[16]。腦膜淋巴管毀損后，腦內大分子廢物的清除速度將明顯減慢[17]。

2 AD與中樞神經(jīng)系統(tǒng)淋巴循環(huán)

AD的兩個主要神經(jīng)病理學特征是Aβ沉積和過度磷酸化tau蛋白聚集[18]。近年有研究發(fā)現(xiàn)大腦類淋巴系統(tǒng)在Aβ、tau蛋白等大分子代謝產(chǎn)物的清除方面發(fā)揮重要的作用[7，19]。

2.1 Aβ蛋白與大腦類淋巴系統(tǒng) 動物實驗證明，Aβ主要通過膠質淋巴系統(tǒng)/腦膜淋巴管途徑清除[20]。將熒光標記的Aβ注入小鼠腦實質中，1 h后檢測腦實質中殘余Aβ以評價清除能力，野生型小鼠腦實質內的Aβ被迅速清除，而AQP4基因(編碼AQP4)敲除小鼠的清除能力下降了55%～65%[21-22]。

腦膜淋巴管廣泛存在于人與動物硬腦膜中，是膠質淋巴系統(tǒng)/腦膜淋巴管途徑清除Aβ等大分子廢物的必經(jīng)之路[7，10，16，23]。將熒光標記的Aβ注入腦實質1 h后，損毀腦膜淋巴管的小鼠腦組織Aβ殘余量2倍于未損毀小鼠[17]。腦膜淋巴管損毀6周后，轉基因AD小鼠海馬Aβ累積量成倍增長，認知功能進一步下降[17]。頸深淋巴結接受腦膜淋巴管引流的淋巴液，結扎后也會導致轉基因AD小鼠海馬與皮層Aβ斑塊增多、認知功能惡化[24]。

Aβ沉積于硬腦膜反映腦膜淋巴管功能異常。低月齡轉基因AD小鼠腦膜淋巴管功能正常、Aβ清除通暢，盡管Aβ產(chǎn)生增多，但其硬腦膜并無Aβ沉積[17]。如果預先損毀腦膜淋巴管，將有大量Aβ沉積于低月齡轉基因小鼠的硬腦膜[17]。不同于健康老年人，散發(fā)性病人的硬腦膜上有大量Aβ沉積，提示散發(fā)性病人腦膜淋巴管功能下降[17]。但是腦膜淋巴管功能下降與發(fā)病之間的時間關系并不清楚。目前已知的是，年齡不僅是散發(fā)性最重要的危險因素，也與腦膜淋巴管功能息息相關。老年小鼠(20～24月齡)腦膜淋巴管引流量僅為年輕小鼠(2月齡)的1/2[7，17]?？紤]到腦內Aβ增多是發(fā)病過程中的始動因素，腦膜淋巴管在Aβ清除中所占據(jù)的主要地位以及散發(fā)性病人腦膜淋巴管功能退化，老化導致的腦膜淋巴管功能下降可能在散發(fā)性的發(fā)病中發(fā)揮了重要作用，但是目前還缺乏實質性的證據(jù)。

2.2 Tau蛋白與大腦類淋巴系統(tǒng) AD另一個重要的病理特征是過度磷酸化tau蛋白的積累，與腦內Aβ斑塊共同導致神經(jīng)變性，正確清除過度磷酸化tau蛋白有助于防止AD的進展[25]。近期的動物研究證實大腦類淋巴系統(tǒng)功能缺失延遲tau蛋白清除，加重tau病理學表現(xiàn)[19]。

多個研究已經(jīng)證實膠質淋巴系統(tǒng)在清除Aβ中有重要作用。為研究Aβ是否也有清除tau蛋白的作用，Iliff等[26]觀察到AQP4基因敲除小鼠較對照組小鼠tau病理學加重，可加重大腦神經(jīng)變性，提示AQP4蛋白介導的膠質淋巴系統(tǒng)對tau蛋白的清除有重要作用。為進一步探索硬腦膜淋巴管在tau蛋白清除的作用，Patel等[19]將近紅外吸收染料與tau蛋白結合注射入小鼠腦實質48 h及72 h后，通過熒光分子斷層掃描和熒光定量檢測觀察到腦膜淋巴管功能缺損的小鼠大腦tau蛋白殘余量是對照組的2倍；檢測48 h后血漿中tau蛋白殘余量，觀察到相似結果，提示在硬腦膜淋巴管功能缺失情況下，細胞外tau蛋白沒有從中樞神經(jīng)系統(tǒng)向周圍有效清除。上述兩項研究證實膠質淋巴系統(tǒng)和腦膜淋巴管協(xié)同作用最終完成tau蛋白的清除，從而延緩AD的發(fā)生發(fā)展[19]。

3 小 結

關于大腦類淋巴系統(tǒng)的研究至今幾乎都是在實驗動物上開展的，人體研究還鮮有報道。由于磁共振成像技術的使用，該情況將有望改善。淋巴管的體內成像可以更詳細地研究廢物清除及其在各種神經(jīng)系統(tǒng)疾病的潛在異常[27-28]。一系列的動物實驗已經(jīng)證實增強的大腦淋巴清除功能對AD認知障礙及病理改變有明顯改善，因此，可以考慮通過恢復或增強腦膜淋巴管功能，增加大腦類淋巴系統(tǒng)清除大分子代謝產(chǎn)物。