你的大脑有1G垃圾可以清理!


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  最近几年,“排毒”一词经经常出现在与健康相关的宣传报道中,尽管大多数报道都是以非常荒谬的方式出现的。

然而,从生命科学研究的角度来看,确实存在“排毒”的情况。 发表在杂志《自然》上的题为“Meningeallymphaticvesselsattheskullbasedrainceretrrospinalfluid”的论文名为“大脑如何排毒”。

什么?大脑可以排毒吗?首先,让我把水倒在脑袋里。谢谢!

让我在两篇《自然》文章中告诉你,我不是在开玩笑:大脑也会产生“垃圾”,还有专门的排毒设备和排毒过程。这一结果也为我们提供了缓解和治疗退行性疾病(如阿尔茨海默病)的新思路。

PART.1

重写教科书研究:大脑也有解毒系统

从生命科学的角度来看,“排毒”通常指的是排泄体内产生的有毒有害物质。最重要的“排毒”系统是淋巴系统。淋巴系统也是人体重要的防御功能系统。它可以帮助排出细胞的代谢废物,抵抗各种致病因素。

身体需要排毒,大脑需要排毒吗?

答案是肯定的。

大脑还会产生各种“垃圾”,例如阿尔茨海默病患者大脑中的蛋白质损伤,细胞碎片和大分子。

然而,没有关于如何解毒大脑的研究。主要原因是研究人员尚未发现大脑中的淋巴系统,因此被认为是“不存在的”。直到四年前,弗吉尼亚大学医学院神经科学系的实验室Jonathan Kipnis发现大脑也有淋巴系统。它通过脑膜淋巴管(mLV)与免疫系统直接相关,我们确认脑膜是淋巴管。管是大脑的解毒系统。

这一发现重写了数十年关于中枢神经系统和免疫系统理解的教科书。该研究发表在最高权威杂志《自然》上。

图一UniversityofVirginiaHealthSystem图1 University ofVirginiaHealthSystem

PART.2

新研究侧重于脑解毒的具体途径

在确认大脑(即脑膜淋巴管)中存在淋巴系统后,近年来的研究集中于解毒的具体方式,即大脑产生“垃圾”的路径。

“垃圾”的路径已经解除,但现有的研究主要集中在背侧的脑膜淋巴管(剂量路径,“垃圾”并未消失。

而且我们对脑膜淋巴管的其他部分知之甚少,例如外侧和基底脑膜淋巴管(basalmLVs)。因此,尚未研究的这部分脑膜淋巴管更有可能成为清除大脑“垃圾”的中心。

今天发表在《自然》的文章证实了这一猜测。该研究在韩国科学技术研究所(KAIST)的GouYoungKoh实验室进行。研究人员详细观察了脑膜淋巴管的形态结构,并利用实时监测技术追踪大脑“垃圾”的精确排水路径。此外,探索了老化对。基底脑膜淋巴形态和功能的影响。

PART.3

“硬件设施”:基底脑膜淋巴管

不同的淋巴管位于不同的位置和功能,其形态特征不同。因此,为了理解脑脊液排出淋巴系统的具体方式,首先需要了解脑膜淋巴管的精确空间位置和形态。

利用绿色荧光蛋白,研究人员可视化背侧和基底脑膜淋巴管的形态和位置。结果发现,虽然它们都是脑膜淋巴管,但两者之间存在巨大差异。

首先,背侧脑膜淋巴管直径小,血管不连续;而基底脑膜淋巴管直径较大,并有大量突出的血管分支。这些非常钝的末端形状像橡树叶。这种形式非常类似于传统的经典淋巴管。类似。

其次,背侧脑膜淋巴管具有连续的闭合拉链形连接模式,形态不成熟;而基底脑膜淋巴管则相反,连接模式更像是不连续的松动按钮,外周器官的淋巴管连接模式接近。

参考文献3参考3

有两种类型的外周淋巴管,微血管和收集淋巴管。微血管淋巴管缺乏平滑肌细胞,并且像松散的纽扣一样连接,其主要负责吸收液体和大分子。收集淋巴管被平滑肌细胞覆盖并具有紧密的拉链连接,其可以周期性地推进淋巴液并且可以被运输。

结合这两种特征的淋巴管称为预收集器,基底脑膜淋巴管是这种淋巴管。它像拉链一样更加连接,但缺乏平滑的肌肉细胞,所以它被称为预收集脑膜淋巴管。这种“硬件设施”使它能够同时吸收和运输大脑“垃圾”中“富含”的脑脊液。

Part.4

熟练使用技术科学家们看到了大脑解毒的具体过程

找出大脑中“垃圾”的精确排水路径的最直接的方法是直接观察这些“垃圾”在淋巴管中的运输。磁共振成像和立体荧光显微镜提供了实时跟踪图像的方法。

研究人员将一种显影剂或大分子示踪剂注入到沿着淋巴流传播的小脑池中,有点像《哈利波特》中的“实时图”。通过实时监测开发人员或示踪剂的信号,研究人员可以跟踪大脑产生的“垃圾”,并清楚地看到他们遵循的路线然后被吸收或移除。

这两种追踪方法均表明,基底脑膜淋巴管是脑脊液和脑组织之间液体大分子吸收和引流的主要区域,并且是“垃圾”脑排出过程中的枢纽。在背侧脑膜淋巴管中未观察到示踪信号。

图3,往大鼠小脑延髓池中注射显影剂,用于MRI成像,来评估脑脊液大分子的分布以及在淋巴管中的引流路径(左)。下图显示了信号密度在大脑不同区域随着时间的变化:对于显影剂,发现其信号扩散很快,在到达颈静脉孔之前,信号峰值很快出现在基底外流(basaloutflow参考文献3图3.将显影剂注入大鼠的小脑池进行MRI成像,以评估脑脊液大分子的分布和淋巴管中的引流通路(左图)。下图显示了大脑不同区域信号密度随时间的变化:对于开发人员来说,发现信号传播非常快,信号峰在到达颈静脉孔之前很快出现在基底静脉血流之外(basaloutflow参考文献3)

Part.5

衰老会削弱大脑“排毒”的能力

提供缓解和治疗脑退行性疾病的新思路

淋巴管具有很强的可塑性,但我们之前尚未研究过脑膜淋巴管的可塑性。

我们知道衰老与一些退行性疾病密切相关。例如,衰老是阿尔茨海默病的主要危险因素。随着年龄的增长,阿尔茨海默病患者大脑中的淀粉样沉积物变得越来越严重。这些沉积物是一种脑废物。

那么,这意味着什么?衰老会削弱大脑“排毒”的能力吗?

研究人员首先研究了衰老对脑膜淋巴管形态和功能的影响。他们比较了年轻(3个月大)和老年小鼠(24-27个月)的脑膜淋巴管的形态(图4)。

图4,年轻和年老小鼠脑膜淋巴管的形态变化。图4.年轻和年老小鼠脑膜淋巴管的形态学变化。

结果发现,老年小鼠背侧脑膜淋巴管的直径和密度变化不大,但与幼鼠相比,分支似乎有所降解。相反,基底脑膜淋巴管变大,分枝丰富,并伴有增生。淋巴管生成被认为是淋巴水肿的代偿性调节。

对于脑膜淋巴管,增生是否表明脑脊液引流异常?

进一步的比较发现,老年小鼠脑淋巴管的形态发生了变化,年轻时的长期聚集状态变得分散,导致淋巴流量减少。此外,在老年小鼠中,预先收集的基底脑膜淋巴管的拉链式连接减少了40%以上,按钮式连接增加了1.6倍,这表明随着年龄的增长,脑脊髓流体大分子排到颈部。淋巴结的功能被削弱,即大脑排出垃圾的功能正在减弱。

值得注意的是,在老年大鼠中,其他器官的淋巴形态几乎没有变化,这表明与衰老相关的脑膜淋巴管的变化是器官特异性的。

可以进一步推断,由衰老引起的脑膜淋巴功能障碍可引起退行性脑损伤。事实上,发现脑膜淋巴管的Nathan Kipnis实验室去年在《自然》发表了一篇论文。他们发现,一旦脑膜淋巴管的转运受阻,就会加剧认知功能的下降,并容易导致一系列衰老相关的脑部疾病。如果刺激脑膜淋巴管并且其运输水平增加,则可以增强小鼠的学习和记忆能力。

虽然这些实验是在健康的小鼠模型上完成的,但它们仍然非常令人兴奋。因为我们还没有弄清楚退行性疾病的病因,而且相关药物的研究和开发一直受挫。然而,该领域的研究结果意味着我们希望通过开发改善脑膜淋巴管功能的药物来促进大脑。解毒,缓解和治疗退行性疾病。