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颠覆教科书!脑内隐秘“排毒系统”终于现形,曾被否定200多年

2017/10/23 来源:科研圈
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导读
看到上面那张图片了吗?你是第一批看到清晰的大脑淋巴系统成像的人。图像中的脉管负责运输在人体代谢和抵御炎症的过程中发挥至关重要作用的体液——淋巴液。但是,直到今天,我们才可以确定人脑内确实存在这样的“管道”。

本文转载自“科研圈”


图片来源:Daniel Reich / National Institute of Neurological Disorders and Stroke

撰文 JAMES HAMBLIN

翻译 许黎珊

审校/编辑 魏潇

看到上面那张图片了吗?你是第一批看到清晰的大脑淋巴系统成像的人。图像中的脉管负责运输在人体代谢和抵御炎症的过程中发挥至关重要作用的体液——淋巴液。但是,直到今天,我们才可以确定人脑内确实存在这样的“管道”。

如今在医院里执刀或者坐诊的医生们所接受的教育是:位于颅骨内的大脑,不具备淋巴系统。但是,本月初,美国国家神经病学和中风研究所(he U.S. National Institute of Neurological Disorders and Stroke)的研究人员公布了脑内淋巴管成像图,这些紫色的淋巴管第一次清晰地呈现在人们眼前。

淋巴系统在大脑以外的其他部位负责输送浸润细胞的淋巴液,并带走细胞产生的废物。它同时还是运输免疫细胞的导管——免疫细胞首先通过淋巴管进入人体寻找病原体或异物、学习如何区分自身细胞与入侵有害物,然后再经淋巴管回到淋巴结和器官等组织。

那么,既然淋巴系统负责排泄体内废物、提供免疫防御,那么这个过程怎么没有发生在大脑里呢?

高级研究员丹尼尔·雷希(Daniel Reich)是神经病学家和放射科医师,他专门研究大脑的炎症性疾病。丹尼尔·雷希认为,多发性硬化症(multiple sclerosis,一种自身免疫疾病,发病原因和机制仍不明)的成因暗含大脑和免疫系统的联系,这一疾病也是自己花大量时间探索的核心问题。

他发现,免疫系统似乎可以调控神经系统疾病的病情发展,甚至可能是造成许多神经系统疾病的罪魁祸首。而且中枢神经系统内的神经细胞会产生废物,需要像其他代谢活性细胞一样可以排出体外。这一发现理论上有助于研究大脑内神经细胞排泄废物的机制,也能帮助我们了解脑内白细胞的循环方式,以及这些过程发生了什么错误会导致疾病或者加剧衰老。

隐秘的“管道”

雷希的这项研究始于 2015 年,当时《自然》杂志刊登了一项重大研究发现:弗吉尼亚大学的团队在小鼠中枢神经系统中找到类似淋巴管的组织。研究人员当时写道:“中枢神经系统淋巴系统的发现意味着我们可能需要重新考虑神经免疫学的一些基本假设。”该研究为人们在了解神经退行性疾病与免疫系统关系方面取得突破埋下伏笔。


绿色荧光指示的是小鼠脑内的类似淋巴管的组织

图片来源:A. Louveau et al. Nature, 2015

大约在同一时间,罗切斯特大学的一个团队在小鼠和人类的大脑中发现了一种液体,后来人们称其为“类淋巴系统”。根据当时研究人员的描述,该系统不仅是大脑的“废物清除系统” ,还是大脑的运输渠道——运送葡萄糖,脂质,氨基酸和神经递质等物质。但是,研究人员还写道,由于“中枢神经系统缺乏常规的淋巴管”,目前尚不清楚这种流体如何作用于身体的其他部位。”


大脑内的体液组成和血-脑,血-脑脊液屏障

图片来源:N. A. Jessen et al. Neurochem Res, 2015

雷希由此推断:既然人脑中有“类淋巴系统”,小鼠体内又存在类似淋巴管的血管,那么人体的中枢神经系统很有可能也存在淋巴管。经过两年的研究工作和无比复杂的物理计算,他的团队终于发现了这样的组织。当雷希试着告诉同事自己的团队发现的东西时,他往往得到了两种反应:一种是惊讶万分——“不可能,这不是真的”;一种是了然于胸——“是啊,我们就知道存在这种东西。”

过往的历史文献偶尔也会提及大脑中存在淋巴系统这样的想法。早在两个世纪前,解剖学家保罗·马斯卡尼(Paolo Mascagni)就制作了包括大脑在内的全身的淋巴系统模型,尽管后人认为这个模型有误,但是它在引导发现脑内淋巴系统方面具有先驱意义。2003年,《柳叶刀》上的一篇医学纪事记录道:“马斯卡尼对淋巴系统的印象过于深刻,因此,哪怕他没有观察到脑部淋巴管,也认定了那里存在淋巴系统。”


保罗 · 马斯卡尼绘制的淋巴系统模型图

Tab XXIV, Vasorum Lymphaticorum Corporis Humani Historia et Ichnograhia, 1787

以前没有人拿得出大脑中存在淋巴管的决定性证据,但是 2015 年弗吉尼亚大学的小鼠研究打破了这个局面,随后位于芬兰赫尔辛基的团队也得出了的结论。“你可以说这是个大发现。” 雷希评价道:“牛顿是否发现了地心引力?我不是指发现大脑淋巴系统的意义等同于发现地心引力,我想说的是人们都知道,在牛顿的苹果掉落前,引力就已经存在了”。

但是,雷希的团队不仅发现了人脑中淋巴管,还首次详细展现出该淋巴系统的各个细节。


雷希团队为我们呈现出了人类大脑内的“排污系统”

图片来源:Daniel Reich / National Institute of Neurological Disorders and Stroke

不过,神经外科医生有时需要细心地剖析大脑,这个操作要精确到毫米级别,难道他们不会遇到淋巴系统,停下来说:“天啊,这是什么东西?”

原因之一是正常的检测手段难以观察到淋巴管——它们隐藏在一层厚厚的膜(硬脑膜)背后,就像裹在一层皮革里。此外,淋巴管与更为粗大的血管交织在一起,在核磁共振成像(MRI)上,人们通常只能看到血管。

雷希补充道:“我的意思是,没有人会刻意寻找这些淋巴管。”这显然也是另一个这些隐秘的“管道”现在才“原形毕露”重要的因素。

大脑的“排毒系统”

医生从来没有假设大脑不会排泄废物。以前,医学院教导学生大脑排泄废物的主要途径是这样的:首先,脑脊液,也就是那些充满脑室和脊髓中央管的透明液体,会带走脑细胞周围的废物,然后这些废物经过蛛网膜颗粒这样的组织直接排到血液中。

雷希还解释道,医学家认为的另一种途径是部分带有废物的脑髓液通过我们颅骨上的微小孔隙排出,这些孔隙大部分位于鼻子顶部,然后鼻腔粘膜吸收这些液体,液体也由此进入淋巴系统,一路流到颈部的淋巴结。

现在,人们发现大脑排泄废物似乎还存在第三种途径:脑细胞代谢副产物通过那些在硬脑膜中的淋巴管被带出大脑,而这种途径可能是最重要的解决“脑内垃圾”的方法。

“现在回想起来,以前的两种方式似乎还不够有效。”雷希说。

淋巴液进入这些脉管的过程仍然是一个谜。目前还存在很多有待解决的问题,这表明想要完全理解许多神经系统疾病,甚至只是弄清楚神经系统的基本日常功能,我们依旧任重道远。

不过,第三种方法无疑对生命和健康至关重要。2013 年的一项来自《科学》的研究发现,在小鼠睡眠期间,其淋巴管的液体流量几乎翻了一番。睡眠紊乱是阿尔茨海默症和其他神经系统疾病的常见特征,病人无法清除脑部产生的废物可能会加重病情,这很可能是引起疾病的原因。在2016年的另一项研究中,在小鼠体内的类淋巴系统发生功能障碍很有可能导致大脑积累淀粉样蛋白,而这种蛋白与阿尔茨海默症有紧密联系。


在大脑中沉积的淀粉样蛋白与阿尔茨海默症有紧密联系

图片来源:medicalnewstoday.com

2017 年年初的一项研究显示,人体摄取的 ω-3 脂肪酸的剂量大小会改变淋巴液的流量。我们将这些初步发现联系起来,好像能够组成某条通路,营养和睡眠也通过这条通路与神经系统疾病联系到一起。如何优化这种类淋巴液的流量可能成为未来神经系统健康的中心主题。

“如果所有的这一切都是真的,那么淋巴系统和类淋巴系统之间可能存在某种联系,”雷希说。 “这种联系将是脑脊液的主要功能之一。”

这对科学家和解剖学爱好者而言是极具吸引力的研究——这项发现既突出未来工作存在的可能性,又强调我们对自己大脑中发生的事情知之甚少。但在学术界外,这对数百万罹患与免疫系统有关的神经系统疾病的人又意味着什么呢?

雷希对此仍然保持谨慎的态度,希望不要过分夸大这一切蕴涵的意义,因为他花了大量的时间解决来自多发性硬化症患者身上的问题,他知道患者对医学突破有着强烈渴望。

“研究表明,这些脉管真实存在。我们目前还没有确认这些脉管与任何疾病的成因和病症有关,“他以一种科学家严谨的态度委婉地表示,”但是我们认为将这个新发现的大脑“排污系统”与神经系统疾病联系起来,是合理的推断。“

原文链接:

https://www.theatlantic.com/health/archive/2017/10/scientists-somehow-just-discovered-a-new-system-of-vessels-in-our-brains/542037/

论文链接:

https://elifesciences.org/articles/29738

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