Nature：科学家揭示人类大脑及其周围环境之间的神秘关联

近日，一篇发表在国际杂志Nature上题为“Identification of direct connections between the dura and the brain”的研究报告中，来自华盛顿大学等机构的科学家们通过对大脑的废物排泄系统进行研究，发现了大脑与其坚硬的保护层—硬脑膜（dura mater）之间的直接关联，这些连接或能促使废液排出大脑，同时也能将大脑暴露于免疫细胞和来自硬脑膜的其它信号中；传统观点认为，大脑会通过一系列保护性的屏障将其同周围环境隔离开来，使其免受环境中的危险化学物质和毒素的侵害。

研究者Daniel S. Reich博士说道，废液会从大脑流入身体，就好像污水离开我们的家的一样，这项研究中我们提出的问题是，一旦“排水管”离开“房子”（在文中的情况指的就是大脑），并与机体内的城市下水道系统连接起来，到底会发生什么。文章中，研究人员利用高分辨率的磁共振成像（MRI）技术扫描并观察了人类大脑和机体淋巴系统之间的关联，同时，他们还独立使用活细胞和其它微观大脑成像技术来研究小鼠机体中的这些系统。

研究人员利用MRI技术扫描了一组健康志愿者的大脑组织，这些志愿者均接受了钆布醇（gadobutrol）的注射，其是一种磁性染料，能用来观察血脑屏障的破坏或其它类型的血管损伤。众所周知，大静脉能通过蛛网膜屏障（arachnoid barrier）将血液带离大脑，这些过程能在MRI扫描过程中被清楚观察到。随着扫描的进行，在这些大静脉周围就会出现一圈染料，随着时间推移这些染料会慢慢扩散，这就表明，液体能穿过这些大静脉的空间，并在那里穿过蛛网膜屏障从而进入到硬脑膜中。

研究人员在小鼠机体中观察到了类似的结果，他们还给小鼠注射了发光分子，与MRI实验一样，含有这些发光分子的液体就能穿过血管所经过的蛛网膜屏障。研究者发现，当血管穿过蛛网膜空间时，血管周围就会存在一种细胞“袖口”（cuff）结构，这些区域他们称之为蛛网膜袖出口（ACE，arachnoid cuff exit）点，其似乎是液体、分子，甚至是一些细胞能从大脑进入硬脑膜的区域，反之亦然，同时其还不允许两种液体完全混合。

科学家揭示人类大脑及其周围环境之间的神秘关联

图片来源：Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-023-06993-7

在诸如阿尔兹海默病等人类疾病中，废物清除系统受损或会引起致病蛋白发生积累，继续以“下水道”比喻，研究人员或许就能揭示其与ACE点之间的可能性关联。如果家中的水槽堵了，你可以将水从水槽中倒掉，或者修理水龙头，但最终你需要修理排水管，而在大脑中，ACE点的堵塞或许会抑制废弃物从大脑中离开，如果我们找到了一种方法来清理这些堵塞点，或许就能保护并维持大脑的健康。

ACE点的一种含义就是，其是免疫系统被暴露并能对大脑中所发生变化做出反应的区域，当研究人员对小鼠进行诱导使其患上一种疾病（免疫系统会攻击其大脑和脊髓中的髓磷脂）时，免疫细胞就会出现在ACE点附近，甚至还会在血管壁和“袖口”细胞之间。随着时间推移，就会导致ACE点本身发生崩溃，当免疫细胞与ACE点直接发生相互作用的能力被阻断时，患者感染的严重性就会降低。

研究者Kipnis说道，免疫系统能利用分子来传递从大脑到硬脑膜的信息，这种交叉就需要严格调节，否则就会对大脑功能产生有害的影响。目前研究人员还观察到参与者的年龄和ACE点的渗漏之间存在一种有趣的关联，在年龄较大的参与者中，更多的染料会渗漏到血管周围的液体和空间中。这或许就表明，在机体衰老的过程中，ACE点会缓慢分解，这可能就会导致大脑和免疫系统之间以一种不应该的方式发生相互作用。

衰老和大脑及免疫系统之间屏障的破坏之间的关联与在衰老小鼠和多发性硬化症等自身免疫性疾病中所观察到的结果相吻合。大脑和免疫系统之间的这种新发现的关联或能帮助解释为何随着机体衰老，个体患神经退行性疾病的风险会增加，这或许还需要后期进行更多的研究来证实这一关联。综上，本文研究结果表明，ACE点或许是小鼠和人类神经免疫沟通解剖学的关键部分，其能将中枢神经系统与硬脑膜及其免疫多样性和废物清理系统相互联系起来。（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Smyth, L.C.D., Xu, D., Okar, S.V. et al. Identification of direct connections between the dura and the brain. Nature (2024). doi：10.1038/s41586-023-06993-7