顾建文教授、解放军总医院、第九医学中心、神经外科
摘要:本文深入探讨了神经外科与类淋巴系统之间的紧密联系。类淋巴系统的发现改变了我们对脑脊液运输和脑代谢废物清除的认知。过去十年,相关研究增长迅速,但该系统的概念仍存在讨论和争议,目前的理解主要依赖实验动物研究。文章围绕类淋巴系统,阐述了评估其在人体中功能的方法、其存在的证据、与脑膜淋巴管系统的关系,以及在神经外科疾病中类淋巴 - 脑膜淋巴管系统功能衰竭的人体证据等关键问题。现有文献表明,评估人类类淋巴功能的技术稀缺,鞘内对比增强磁共振成像虽有一定效果但存在局限。类淋巴系统与脑膜淋巴管系统相互关联,共同发挥作用。一些人类研究显示,在神经外科疾病中存在类淋巴功能恶化,但将此知识转化为临床实践受限于当前的成像技术。文中还介绍了类淋巴系统的结构、功能及影响因素,其在睡眠时活跃,可清除大脑中的代谢产物和有害物质,且其功能障碍与多种神经系统疾病相关。最后强调了进一步研究类淋巴系统的重要性,以推动神经外科领域的发展和临床应用。
Glymphatic enrichment of a CSF tracer in a human subject is depicted in this figure. Currently, intrathecal contrast-enhanced MRI is considered the gold standard for glymphatic imaging in humans. Following the intrathecal injection of a CSF tracer, such as gadobutrol (Gadovist, Bayer, GE; 0.50 mmol, total volume 1 ml), tracer enrichment is visualized using standardized MRI T1 acquisitions, as previously described. The tracer first enriches the subarachnoid spaces (A), then progresses to the cerebral cortex and subcortical white matter (B), as indicated by the percentage increase on the color bars to the right at 7 h. It’s worth noting that the strongest enrichment within the subarachnoid space (A) corresponds to the area of strongest enrichment in the cerebral cortex (B). By 24 h, tracer enrichment remained comparable in the subarachnoid space but increased in the cerebral ventricles (C), while glymphatic enrichment became brain-wide at this time (D; percentage increase in tracer enrichment shown on the color bars to the right). The tracer gadobutrol is hydrophilic and does not pass the blood-brain barrier; instead, it remains confined to the extravascular compartment when administered intrathecally. It is a neutral compound with a molecular weight of 604 Da. Images provided by Lars Magnus Valnes, PhD, Department of Neurosurgery, Oslo University Hospital-Rikshospitalet
类淋巴系统的发现深刻变革了我们对脑脊液运输及脑代谢废物清除的认知,近十年相关研究呈指数级增长,在神经外科领域备受关注,但仍存在诸多争议且多依赖动物研究。当前评估人体类淋巴功能的技术稀缺,鞘内对比增强 MRI 虽有潜力但受限,不过其为人体类淋巴系统存在提供了证据。类淋巴与脑膜淋巴管系统相互关联协同运作,在神经外科疾病如脑肿瘤、中风等中类淋巴功能可能恶化,部分疾病研究已揭示其与病理生理相关,但受成像技术制约难以应用于临床。睡眠、老龄化等因素影响类淋巴系统,其在睡眠时活跃,可清除代谢产物,老化则可能致功能受损。深入研究类淋巴系统、开发评估技术、明确与疾病关系及加强跨学科合作,对推动神经外科发展、预防神经系统疾病意义重大,有望为神经外科疾病诊疗带来新突破。
一、引言
在神经科学领域,类淋巴系统的发现是一项重大突破。它改变了我们对大脑中脑脊液运输和代谢废物清除机制的传统理解,对神经外科的发展产生了深远影响。
二、类淋巴系统的概述
(一)类淋巴系统的结构类淋巴系统主要由星形胶质细胞组成,通过组织间隙与血管周围间隙之间的液体交换,实现脑脊液与脑组织液的交互。在星形胶质细胞血管侧的终足质膜上分布着水通道蛋白 4,参与其中的液体交换和清除过程。
(二)类淋巴系统的功能类淋巴系统具有清除大脑内代谢产物和废物的重要功能,例如与阿尔茨海默病相关的 β- 淀粉样蛋白等。它可以将这些废物通过脑脊液循环排出脑外,维持大脑的健康环境。
(三)影响类淋巴系统的因素
睡眠与清醒状态:睡眠时类淋巴系统更加活跃,可能是因为此时大脑消耗的能量没有大幅减少,而脑脊髓液需要较多能量,与大脑在清醒时执行的功能不太兼容。老龄化:随着年龄增长,类淋巴系统功能可能受损,导致代谢产物在脑内积累,增加神经退行性疾病的风险。ee this image and copyright information in PMC
The parasagittal dura. An MRI contrast agent utilized as a cerebrospinal fluid (CSF) tracer enriches the CSF within the subarachnoid space (SAS) and traverses the arachnoid membrane into the dura mater along the superior sagittal sinus (SSS), known as the parasagittal dura (PSD). This phenomenon is depicted here through 3D images generated from T2-FLAIR images, co-registered with brain segmentation and CSF tracer enhancement from T1 GRE at 48 h post-intrathecal tracer injection. (A) The superior sagittal sinus (SSS) is highlighted in blue, while the parasagittal dura (PSD) is depicted in yellow. (B) The PSD may extend into the marrow of the skull bone (SB). Additionally, a vein (V) within the diploic space is shown. CC: Cerebral cortex. Images by Tomas Sakinis, MD, Department of Radiology, Oslo University Hospital-Rikshospitalet.
三、评估类淋巴系统功能的方法及存在证据
(一)评估方法目前,评估类淋巴系统功能的可用技术较为有限。鞘内对比增强磁共振成像(MRI)是较有前景的方法之一,但也有其局限性。
(二)存在证据尽管存在局限性,鞘内对比增强 MRI 仍为类淋巴系统在人体中的存在提供了一定证据。然而,在目前 MRI 测量的敏感性下,清醒状态下类淋巴系统活动的时间依赖性尚未明确。
四、类淋巴系统与脑膜淋巴管系统的关系
类淋巴系统与脑膜淋巴管系统相互关联,它们并非完全独立的实体。类淋巴系统的脑脊液可通过脑膜淋巴管引流至外周淋巴系统,两者协同运作,共同参与大脑的液体循环和废物清除。
五、神经外科疾病与类淋巴 - 脑膜淋巴管系统功能衰竭的人体证据
在一些神经外科疾病中,如脑肿瘤、中风、创伤性脑损伤、退行性病变等,类淋巴功能可能出现恶化。但由于当前成像技术的限制,将这些研究成果转化为临床实践面临挑战。例如,在阻塞性睡眠呼吸暂停患者中,通过扩散张量成像沿脑血管周围空间(DTI-ALPS)方法发现其淋巴系统功能存在障碍,且与疾病严重程度相关;在行为变异型额颞叶痴呆患者中,研究揭示了其存在类淋巴功能的损害,特别是在前部和中部脑区,且与临床和病理生理密切相关。
此外,在蛛网膜下腔出血的研究中,通过 MRI 成像对比格犬模型的观察发现,出血后 1 小时类淋巴系统功能即遭破坏,1 周后差异消失,2 周后明显改善,但同时造成了不可逆转的结构损伤;而脑膜淋巴管功能在出血后严重受损,1 周后开始恢复,2 周恢复到正常水平。这表明蛛网膜下腔出血后脑膜淋巴管的恢复先于类淋巴系统,且是可逆的,类淋巴系统受损可能是蛛网膜下腔出血后期神经和认知功能障碍的主要原因。
六、结论与展望
类淋巴系统在维持大脑健康和功能方面起着关键作用,其与脑膜淋巴管系统的相互作用对于大脑的正常生理功能至关重要。然而,目前我们对类淋巴系统的了解还存在诸多不足,评估其功能的有效技术仍有待进一步开发和完善。未来的研究需要继续深入探索类淋巴系统的结构与功能,明确其在各种神经外科疾病中的具体作用机制,以推动神经外科领域的科研进展,并为相关疾病的诊断和治疗提供更精准的策略和方法。同时,跨学科的合作将有助于整合不同领域的知识和技术,加速类淋巴系统研究的发展,为改善患者的治疗效果和生活质量带来新的希望。随着研究的不断深入,我们有望突破当前的限制,更好地理解和利用类淋巴系统,为神经外科的发展开辟新的途径。此外,保持良好的生活习惯,如充足的睡眠、适当的运动等,对于维护类淋巴系统的正常功能,预防神经系统疾病也具有重要意义。