胶质淋巴系统——脑部疾病机制研究新方向

陈泽然，易婷，高萍，金硕果

清除体内代谢产物是由淋巴系统所执行的一个重要生物学功能。传统观念认为，淋巴管并没有延伸到大脑，脑脊液（cerebrospinal fluid，CSF）循环系统是大脑代谢产物的主要清除途径。然而，中枢神经系统是机体代谢极其活跃的器官，成年人大脑每天需要清除大约7 g垃圾蛋白［1］。神经元和神经胶质细胞对细胞外环境的变化极为敏感，为了维持稳态，这些代谢产物需要及时从脑中清除。但是，许多学者质疑传统观念认为的大脑清除代谢产物途径的效率，所以开始探寻脑内是否存在其他代谢产物清除途径。过去医学界一直存有对“淋巴系统没有延伸到中枢神经系统”的争议，早在1869年已经有研究发现蛛网膜下腔（subarachnoid space，SAS）内注射的示踪剂可出现于颈部淋巴结，这提示脑内可能存在CSF-颈部淋巴结的淋巴引流途径［2］，但是脑淋巴引流途径一直没有得到解剖学证实。胶质淋巴系统（glymphatic system 或者 glymphatics）是2012年ILIFF等［3］新提出的概念，其是主要依赖星形胶质细胞水通道蛋白4（aquaporin 4，AQP4）驱动的全脑范围内的血管周围途径，能够输送营养和神经活性物质、清除内外源性代谢产物［4-5］，是维持脑内环境稳态的重要液体流动系统。近年来脑胶质淋巴系统方向成了神经科学研究的前沿和热点。已有研究发现，阿尔茨海默病（Alzheimer disease，AD）［6］、 帕 金 森 病（Parkinson's disease，PD）［7］、脑卒中［8］、创伤性脑损伤［9］、慢性失眠［10］、慢性应激［11］、正常颅压性脑积水［12］等疾病状态下脑内胶质淋巴系统的功能呈现下降趋势。胶质淋巴系统的研究有可能为脑部疾病病理机制研究提供新视角，并可能成为多种脑部疾病的潜在治疗靶点。

计算机检索中国知网（CNKI）、万方数据知识服务平台（Wanfang Data）、PubMed（https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/）。中文检索词包括“胶质淋巴系统”“类淋巴系统”“脑膜淋巴管”“淋巴滞留性脑病”“淋巴滞留性脑水肿”。英文检索词包括“glymphatic system”“meningeal lymphatics”“neurological diseases”“pathology”“cerebrospinal fluid”，检索时间为2012-01-01至2022-02-28。同时追溯纳入文献的参考文献。文献纳入标准：胶质淋巴系统与脑部疾病的基础研究、临床研究和文献研究。排除无法获取全文和数据的文献、质量不高及陈旧的文献。

1 脑淋巴系统的探索

生理情况下，淋巴系统对维持组织液稳态和免疫反应至关重要，其分布的密度与组织代谢率有关，理论上脑作为机体代谢极其活跃的器官应该存在与外周系统类似的、非常高效的淋巴系统。很长一段时间研究者认为脑内并不存在淋巴系统，代谢产物的清除主要依赖CSF循环及血液循环完成［13］。但是CSF循环理论本身有不能解释的现象，比如，脑实质并不与CSF直接接触，受到代谢产物相对分子质量的限制，CSF循环可能并不高效。传统的CSF循环理论中，脉络膜是绝大部分CSF的生成部位，那么对于脑积水患者清除脉络膜应该有效，然而临床数据分析提示脉络膜切除术对治疗脑积水基本无效，脑积水患者仍需要脑室-腹腔分流手术治疗［14］。“脑内是否有淋巴系统”的争议和研究一直存在，1869年Schwalbe首次将示踪剂注入动物SAS，结果发现示踪剂出现于颅外淋巴系统［2］。FÖLDI等［15］和 CASLEYSMITH等［16］采用外科手术或放射线照射等方法阻断动物颈部的淋巴引流，造成脑淋巴回流不完全性阻断，结果发现动物出现严重的淋巴滞留性脑水肿，脑的形态结构、CSF压力、血压、脑电图及动物行为均发生了明显的病理性改变，某些生化指标也出现异常。颈部淋巴回流受阻可致脑组织形态结构改变和功能异常，说明该途径对维持脑的正常生理功能具有重要作用［17］。LI等［18］运用电镜发现人硬脑膜间质细胞之间存在圆形或椭圆形非血管的管状结构，这种管状结构被命名为“气孔”，发挥了脑部淋巴引流的作用。ZERVAS等［19］研究发现结扎大鼠颈部多根淋巴管后，动脉血中检测到的脑脊液示踪剂（125I标记的人血白蛋白）减少约一半。众多的研究提示脑内可能存在具有淋巴系统功能的结构，但大脑内的淋巴循环路径及淋巴管如何分布这一疑问始终未能得到明确解答。

2 脑淋巴系统的新发现

2012年，ILIFF等［3］报道了小鼠脑内广泛存在着以血管周围间隙为基础的CSF-脑组织液快速交换流动系统。不同分子量的荧光示踪剂标记的人工CSF被注入枕大池，运用双光子活体成像技术、免疫荧光技术、放射免疫技术等对小鼠脑进行动态追踪，发现了一个可促进脑内β淀粉样蛋白（β-amyloid protein，Aβ）的CSF-脑组织液交换流动系统，在结构上主要由动脉、静脉周围间隙以及位于星形胶质细胞终足上的AQP4组成，因其在功能上类似于外周淋巴系统，依赖星形胶质细胞来发挥作用，所以称之为胶质淋巴系统，这一概念的提出是对传统脑代谢途径的突破性认识。之后LOUVEAU等［20］和ABSINTA等［21］分别在小鼠、人类和非人类灵长类动物中观察到了脑膜淋巴管。由此脑内淋巴系统的路径基本清晰，逐渐积累的研究结果提示，胶质淋巴系统的功能绝大部分集中在睡眠时期执行［22］，而且受内源性昼夜节律控制，高质量的睡眠有助于更多的CSF流动以及更强的大脑CSF-脑间质液之间代谢功能［23］。AQP4的极化分布对胶质淋巴系统的高效转运至关重要，多项基于基因敲除动物模型的研究表明AQP4的缺失会降低类淋巴系统的运输和清除能力［24］，而AQP4还受动脉搏动［25］、年龄［26］等因素影响。目前胶质淋巴系统的研究有活体和离体两种手段［27］。活体成像研究有双光子成像、超声成像、影像学成像〔磁共振成像（MRI）和正电子发射型计算机断层显像（PET-CT）〕3种方式，超声成像空间分辨度达到mm级，影像学成像仅有cm级，而双光子成像空间分辨度可达到µm级，并且可以实时、清楚显示示踪剂在血管周围间隙和脑实质的流动，因而研究应用最多。离体研究主要是脑切片成像研究，其结合了组织学、荧光示踪激光成像技术，空间分辨度同样可达µm级，能综合显示整个大脑的示踪剂流动。近年来，也有研究者以近红外荧光成像的方法进行研究［28］。

3 胶质淋巴系统：脑部疾病研究新方向

胶质淋巴系统的发现补充了人们对脑结构与功能的认识和理解，使得研究者重新考虑血-CSF屏障、CSF循环、脑组织液体流动及代谢途径和脑组织的“免疫豁免”。胶质淋巴系统的研究可为脑部疾病提供新的研究思路，可能是潜在且有前景的脑部疾病治疗的新靶点。

3.1 胶质淋巴系统可能为神经退行性疾病等发病机制和诊治策略研究带来新视角 脑胶质淋巴系统通过参与多种病理性蛋白的清除过程，40%～80%的大蛋白分子和溶质通过此途径清除。脑内异常蛋白如Aβ、tau蛋白、α 突触核蛋白（α synuclein，α syn）沉积是神经退行性疾病发生、发展的重要病理特征，清除这些核心致病物质是阻止或延缓疾病进展的关键［29-31］。研究观察到在AD发病早期，胶质淋巴系统转运减少发生在Aβ沉积之前［32］。调节胶质淋巴系统功能有望成为神经退行性疾病的治疗靶点，为AD、PD患者的治疗带来新希望。REN等［33］研究发现n-3多不饱和脂肪酸可抑制星形胶质细胞的活化从而维持AQP4 极化分布，有利于增强促进脑内胶质淋巴系统功能和促进Aβ的清除。YIN等［34］研究显示有氧运动能增加对外源性Aβ的清除，有助于缓解早期AD的认知损伤。CAO等［35］研究发现在慢性脑缺血所致认知障碍模型中，地高辛能提高胶质淋巴系统功能，改善认知功能损伤。胶质淋巴系统作为中枢神经系统清除沉积蛋白的有效途径，值得更多研究者探索其在多种脑部疾病中的作用及机制。

3.2 胶质淋巴系统有望为一些脑部疾病诊断提供新的有效证据 既往对轻型脑创伤的诊断主要通过临床表现，缺乏明确的影像学特异性证据。现有研究发现，人脑发生轻型损伤后可在颅脑MRI上观察到微小血管周围间隙扩大增多，提示血管周围间隙扩大及数目增加是诊断轻型颅脑损伤的有效证据［36-37］。特发性颅内高压（idiopathic intracranial hypertension，IIH）是无明确原因的以头痛、视力下降等为主要表现的颅内高压综合征，影像学检查不能发现颅内病变，且CSF检查正常，是一种排他性诊断。传统观点认为CSF生成增加、CSF流出道阻塞及静脉窦压力增加是其发病机制。但不同于CSF分泌过多的疾病，IIH患者不会发生脑积水，且脑室大小正常，部分学者对CSF生成增加导致特发性颅内压升高这个论点产生了质疑。随着胶质淋巴系统的研究深入，排除了占位、感染、血栓等多种继发病因，IIH的发病机制可能是由于脑胶质淋巴系统循环受阻［38-39］。此外，研究发现视神经周围同样存在与大脑胶质淋巴系统相通的类淋巴管道，并且可以清除人Aβ，青光眼的小鼠眼睛反而保留了大量的毒性Aβ［40］，这为青光眼的诊断提供了新的影像变化证据。

3.3 胶质淋巴系统可能是脑部疾病治疗给药方式的新途径 有研究在动物及人类脑中发现了隐藏的脑膜淋巴管［20-21］，使CSF-外周淋巴系统的脑淋巴引流途径有了解剖学基础，而脑淋巴引流途径可能是潜在且有前景的新的中枢给药途径。血-CSF屏障作为高选择性的物理屏障能够阻止病原体以及毒性物质从循环系统进入中枢神经系统内部，是维持脑内稳态的重要结构，但是这一结构也同时阻碍了不少治疗性的药物进入脑内，因而使得脑部疾病的治疗变得困难。因此，一个安全、高效的新型脑部药物递送策略成为治疗脑部疾病的重要研究目标。ZHAO等［41］以装载吲哚菁绿的聚合物纳米颗粒为药物输送模型，经颈部皮下给药，颗粒会先汇聚在局部颈深淋巴结，然后通过脑膜淋巴管高效地运输到脑部，进而起到显著地抑制小鼠脑胶质瘤的生长、延长治疗生存期的作用。这是一种绕过了经典的血-CSF屏障而借助于脑淋巴引流途径的突破性的药物递送策略，为中枢神经疾病提供了新的治疗途径，将可能是一个有意义的研究方向。

总之，从最初对脑内不存在淋巴系统的不断质疑，到脑胶质淋巴途径的发现，再到脑膜淋巴管的确认以及之后持续的研究进展，人们对脑胶质淋巴系统的循环过程及调节逐渐清晰。胶质淋巴系统通过全脑血管周围间隙网络系统促进了CSF和组织液交换，运送给脑组织营养物质和神经活性物质，也排出脑组织内代谢产物并维持其内环境稳定，在神经退行性疾病、脑卒中、脑损伤等病理生理过程中发挥重要作用，加深对脑胶质淋巴系统的研究可为脑部疾病的诊断提供新的依据。

作者贡献：陈泽然提出研究思路、资料收集与整理、论文撰写；易婷、高萍负责资料收集；陈泽然、金硕果负责最终版本修订，对论文负责。所有作者确认论文终稿。

本文无利益冲突。