Science：重大突破！揭示中风后脑水肿产生机制
来源：本站原创 2020-01-31 23:05
2020年1月31日讯/生物谷BIOON/---脑水肿（cerebral edema）是发生在大脑中的肿胀，是中风的一种严重且可能致命的并发症。在一项以小鼠为研究对象的研究中，来自美国罗彻斯特大学医学中心和丹麦哥本哈根大学等研究机构的研究人员首次发现通常与废物清除相关的脑部类淋巴系统（glymphatic system）在中风时出现异常，导致脑脊液淹没大脑，
2020年1月31日讯/生物谷BIOON/---脑水肿（cerebral edema）是发生在大脑中的肿胀，是中风的一种严重且可能致命的并发症。在一项新的以小鼠为实验对象的研究中，来自美国罗彻斯特大学医学中心和丹麦哥本哈根大学等研究机构的研究人员首次发现通常与废物清除相关的脑部类淋巴系统（glymphatic system）在中风时出现异常，导致脑脊液淹没大脑，引发脑水肿，从而让脑细胞溺死。相关研究结果于2020年1月30日在线发表在Science期刊上，论文标题为“Cerebrospinal fluid influx drives acute ischemic tissue swelling”。
论文共同通讯作者、罗彻斯特大学医学中心转化神经医学中心联合主任Maiken Nedergaard博士说，“这些发现表明脑部类淋巴系统在中风后大脑的急性组织肿胀中起着关键性作用。理解这种由大脑中的电活动风暴推动的动态变化就为开发可能改善中风治疗结果的潜在治疗策略指明了道路。”
脑部类淋巴系统由Nedergaard实验室于2012年首次发现，它依附在大脑血液循环系统上，并由多层管道（plumbing）组成，并含有被运输脑脊液的“管子（tube）”包裹着的内部血管。这种系统主要在我们睡眠时泵送脑脊液流过大脑组织，从而将有毒的蛋白和其他废物冲走。
尽管脑水肿是中风的一个众所周知的后果，但治疗选择有限，脑水肿的严重程度取决于中风的程度和部位。鉴于大脑被限制在头骨中，它几乎没有扩张的空间。如果这种肿胀很严重，那么它会推入重要的结构，比如调节心血管系统和呼吸系统的脑干，从而导致死亡。在极端情况下，通常是在不得已时，外科医生会移除头骨的一部分以减轻大脑的压力。
在开展这项新的研究之前，人们认为脑水肿的来源是血液中的液体。
先是电波扩散，然后是脑脊液泛滥
缺血性中风是最常见的中风形式，发生在大脑血管被阻塞时。当营养物和氧气被剥夺后，脑细胞通常会在中风后几分钟内遭受损伤并去极化。当这些细胞释放能量并放电时，它们触发邻近的细胞，从而产生多米诺骨牌效应，结果就是电波从中风部位向外扩散，即扩散去极化（spreading depolarization）。
当这种情形发生时，神经元释放出的大量钾离子和神经递质进入大脑。这会导致位于血管壁的平滑肌细胞失灵和收缩，从而在一种称为扩散性缺血（spreading ischemia）的过程中切断血液流动。脑脊液随后流入由此产生的真空中，淹没脑组织并引起脑水肿。这些原本就脆弱的脑细胞基本上被淹没在脑脊液中，大脑开始肿胀。这些去极化电波可以在中风后的几天甚至几周内在大脑中持续存在，从而加剧了这种损伤。
论文共同第一作者、Nedergaard实验室博士生Humberto Mestre说，“当你迫使每个实质上是电池的细胞释放电荷时，它代表了你能够实现的脑功能最大破坏---你基本上可以一口气让整个大脑表面放电。扩散去极化和局部缺血的双重打击使得血管痉挛，导致完全不正常的收缩，从而为脑脊液迅速流入大脑创造了条件。”
这项研究将易患这种中风后脑部类淋巴系统功能异常的小鼠的大脑区域与在患有缺血性中风的人的大脑中发现的脑水肿联系在一起。
为新的中风疗法指明道路
这些研究结果表明，与现有疗法结合使用的潜在新治疗策略致力于在中风后迅速恢复血液流向大脑。这项研究还可能对在蛛网膜下腔出血和创伤性脑损伤等其他疾病中观察到的脑肿胀有影响。
阻断神经细胞上特定受体的方法可能能够抑制或减缓扩散去极化周期。此外，作为大脑中的一种支持细胞，星形胶质细胞表面上的水通道蛋白aquaporin-4调节脑脊液的流动。当这些研究人员在经过基因改造后缺乏aquaporin-4的小鼠中开展中风实验时，流入大脑的脑脊液明显减慢。目前正在开发的Aquaporin-4抑制剂可潜在治疗心脏骤停和其他疾病，最终可能成为治疗中风的候选药物。
美国陆军研究办公室项目经理Matthew Munson博士（未参与这项新的研究）说，“我们希望这一新发现将导致新的干预措施，以降低缺血性事件以及士兵可能遭受的其他脑部损伤的严重程度。”（生物谷 Bioon.com）
参考资料：
1.Humberto Mestre et al. Cerebrospinal fluid influx drives acute ischemic tissue swelling. Science, 2020, doi:10.1126/science.aax7171.
2.Brain drowns in its own fluid after a stroke
https://medicalxpress.com/news/2020-01-brain-fluid.html
图片来自CC0 Public Domain。
论文共同通讯作者、罗彻斯特大学医学中心转化神经医学中心联合主任Maiken Nedergaard博士说，“这些发现表明脑部类淋巴系统在中风后大脑的急性组织肿胀中起着关键性作用。理解这种由大脑中的电活动风暴推动的动态变化就为开发可能改善中风治疗结果的潜在治疗策略指明了道路。”
脑部类淋巴系统由Nedergaard实验室于2012年首次发现，它依附在大脑血液循环系统上，并由多层管道（plumbing）组成，并含有被运输脑脊液的“管子（tube）”包裹着的内部血管。这种系统主要在我们睡眠时泵送脑脊液流过大脑组织，从而将有毒的蛋白和其他废物冲走。
尽管脑水肿是中风的一个众所周知的后果，但治疗选择有限，脑水肿的严重程度取决于中风的程度和部位。鉴于大脑被限制在头骨中，它几乎没有扩张的空间。如果这种肿胀很严重，那么它会推入重要的结构，比如调节心血管系统和呼吸系统的脑干，从而导致死亡。在极端情况下，通常是在不得已时，外科医生会移除头骨的一部分以减轻大脑的压力。
在开展这项新的研究之前，人们认为脑水肿的来源是血液中的液体。
先是电波扩散，然后是脑脊液泛滥
缺血性中风是最常见的中风形式，发生在大脑血管被阻塞时。当营养物和氧气被剥夺后，脑细胞通常会在中风后几分钟内遭受损伤并去极化。当这些细胞释放能量并放电时，它们触发邻近的细胞，从而产生多米诺骨牌效应，结果就是电波从中风部位向外扩散，即扩散去极化（spreading depolarization）。
当这种情形发生时，神经元释放出的大量钾离子和神经递质进入大脑。这会导致位于血管壁的平滑肌细胞失灵和收缩，从而在一种称为扩散性缺血（spreading ischemia）的过程中切断血液流动。脑脊液随后流入由此产生的真空中，淹没脑组织并引起脑水肿。这些原本就脆弱的脑细胞基本上被淹没在脑脊液中，大脑开始肿胀。这些去极化电波可以在中风后的几天甚至几周内在大脑中持续存在，从而加剧了这种损伤。
论文共同第一作者、Nedergaard实验室博士生Humberto Mestre说，“当你迫使每个实质上是电池的细胞释放电荷时，它代表了你能够实现的脑功能最大破坏---你基本上可以一口气让整个大脑表面放电。扩散去极化和局部缺血的双重打击使得血管痉挛，导致完全不正常的收缩，从而为脑脊液迅速流入大脑创造了条件。”
这项研究将易患这种中风后脑部类淋巴系统功能异常的小鼠的大脑区域与在患有缺血性中风的人的大脑中发现的脑水肿联系在一起。
为新的中风疗法指明道路
这些研究结果表明，与现有疗法结合使用的潜在新治疗策略致力于在中风后迅速恢复血液流向大脑。这项研究还可能对在蛛网膜下腔出血和创伤性脑损伤等其他疾病中观察到的脑肿胀有影响。
阻断神经细胞上特定受体的方法可能能够抑制或减缓扩散去极化周期。此外，作为大脑中的一种支持细胞，星形胶质细胞表面上的水通道蛋白aquaporin-4调节脑脊液的流动。当这些研究人员在经过基因改造后缺乏aquaporin-4的小鼠中开展中风实验时，流入大脑的脑脊液明显减慢。目前正在开发的Aquaporin-4抑制剂可潜在治疗心脏骤停和其他疾病，最终可能成为治疗中风的候选药物。
美国陆军研究办公室项目经理Matthew Munson博士（未参与这项新的研究）说，“我们希望这一新发现将导致新的干预措施，以降低缺血性事件以及士兵可能遭受的其他脑部损伤的严重程度。”（生物谷 Bioon.com）
参考资料：
1.Humberto Mestre et al. Cerebrospinal fluid influx drives acute ischemic tissue swelling. Science, 2020, doi:10.1126/science.aax7171.
2.Brain drowns in its own fluid after a stroke
https://medicalxpress.com/news/2020-01-brain-fluid.html
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