脑内淋巴引流和Aβ清除机制对阿尔茨海默病防治的研究进展

周雪莹¹⁾ 徐武华^2)△

1)    暨南大学医学院研究生院，广东广州 510220 2)暨南大学医学院附属广州市红十字会医院 广州市红十字会医院临床病态营养研究所，广东广州 510220

基金项目：广州市科技计划项目(编号：201604020100)

作者简介：周雪莹，Email：625364002@qq.com

△通信作者：徐武华，Email：xiongwuadf@sina.com

 

【摘要】 以减少Aβ沉积为标靶的Aβ疫苗的研究失败使人们开始反思阿尔茨海默病主流病理机制—Aβ级联反应学说的局限性，而新近证实的脑淋巴引流系统在打破了诸多传统观念的同时，也为诠释AD的病理机制提供了新的思路。本文拟全面介绍脑淋巴引流途径以及它们在Aβ清除机制中的作用，进而展望其在未来AD防治中的应用前景。

【关键词】 阿尔茨海默病；脑淋巴引流；β-淀粉样蛋白；胶质-淋巴；脑膜淋巴管

【中图分类号】 R749.1^＋6    【文献标识码】 A    【文章编号】 1673-5110(2020)09-0822-04 DOI：10.12083/SYSJ.2020.09.132

 

Enlightenment  of  brain  lymphatic  drainage  and  Aβ  clearance  mechanism  on  the  prevention  and  treatment  of  Alzheimer's  disease

ZHOU  Xueying¹⁾，XU  Wuhua²⁾

1)Graduate  School  Medical  College  of  Jinan  University，Guangzhou  510220，China；2)Guangzhou  Red-Cross  Hospital  Affiliated  with  Medical  College  of  Jinan  University/The  Institute  of  Clinical  Pathological  Nutrition  of  Guangzhou  Red-Cross  Hospital，Guangzhou  510220，China

【Key words】 Alzheimer's disease；Brain lymphatic drainage；Amyloid β-protein；Glymphatic；Meningeal lymphatic

 

阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease，AD)是一种起病隐匿、以认知障碍和记忆力损害为主的中枢神经系统退行性疾病，不幸的是，至今尚无有效的药物来逆转甚至减缓这种疾病的进展^[1]。关于的AD发病机制存在许多假说，其中β淀粉样蛋白(amyloid β-protein，Aβ)级联反应学说作为各种主、被动免疫治疗的理论基础，一直占据着主流地位。该学说认为，各种诱因导致神经细胞表面的Aβ前体蛋白异常，大量被切割成具有高度神经毒性的Aβ，由于其生成速度和总量远超过脑内清除能力，使得Aβ聚集形成不可溶性的Aβ斑块，并诱发炎症、细胞凋亡等一系列难以逆转的级联反应，最终引发一系列全面性、进行性、不可逆的临床表现^[2]。因此，减少Aβ生成对AD的发生和发展提供了重要思路。但在过去二十年里，以Aβ免疫清除为标靶的Aβ疫苗研究却无一获得成功^[3]，这使人们需要反思级联反应学说的局限性并继续探索Aβ失衡的真相。

近期实验表明^[4-5]，在绝大多数的散发性AD患者脑中，Aβ的生成速度保持相对恒定，只是清除速度出现明显下降，故内源性Aβ清除机制损伤(而非生成增加)可能为AD病理的真正原因。最新证实的脑淋巴引流系统^[6-8]和睡眠状态下大脑代谢废物的自我清除机制^[9]为其提供了强有力的佐证。本文从脑淋巴引流的角度阐述其在Aβ清除机制中的影响，并展望对未来AD防治的作用。

 

长期以来，由于未发现解剖意义上的淋巴管结构，大脑始终被认为处于一种独立封闭的免疫豁免状态。脑脊液-蛛网膜颗粒-静脉通道可有效清除脑内的代谢废物，发挥类淋巴的作用。有人也观察到软脑膜延伸至脑实质内并在动静脉周围形成的微小间隙-血管周围间隙(paravascular space，PVS)中存在着活跃的物质交换现象，由此认为PVS可能具有类淋巴功能^[10]。直到新近证实的脑膜淋巴管^[7，11]，脑内淋巴引流的完整通路才逐渐清晰，并使人们开始重新审视对Aβ代谢的影响。目前已知的淋巴引流至少存在以下两种途径：类淋巴途径(动脉壁间引流途径、胶质-淋巴途径)和脑膜淋巴管途径。

 

2．1 动脉壁间引流途径 采用立体定向和荧光技术，CARARE等^[8]发现了大部分可溶性溶质先扩散至脑实质，再沿脑毛细血管和小动脉的基底膜运输，最后排出大脑，由此推测血管基底膜在清除Aβ时起到淋巴管的作用。而WELLER等^[12]首次建立了“动脉壁间引流途径”的理论模型，并提出了与血流方向相反的循环动力来源于动脉搏动。该途径在AD和脑血管淀粉样病状态下被明显削弱，并伴随着基底膜大量的Aβ沉积^[13]。

研究证实，影响该途径的主要因素包括ApoE 4等位基因、免疫复合物沉积、动脉的年龄和搏动频率等。ApoE4等位基因是迟发型AD公认的危险因素之一，ApoE4可竞争性地抑制Aβ与低密度脂蛋白受体相关蛋白-1结合，同时还能与Aβ结合成ApoE *Aβ免疫复合物，从而削弱脑组织对Aβ的非免疫清除^[14]。KYRTSOS等^[15]的研究则显示，作为血管年龄关键指标的血管刚性和心率也积极参与了这一途径。当脑动脉刚性指数增加2倍时，脑组织Aβ₄₀和Aβ₄₂水平分别增加近100和1 000倍；而运动所带来的心率增快(90次/min左右)也有助于加快Aβ的清除速度，这与AD的血管机制假说以及运动有助于AD防治理念相符。尽管有学者质疑出现在上述研究中的动脉壁间示踪剂聚积现象可能为注射压力推动所致，而非自然状态下脑组织间质液(interstitial fluid)的整体流现象^[16]，但鉴于AD越来越被视为一种“从摇篮到坟墓”，且与饮食和生活方式密切相关的慢性神经系统退行性疾病，进一步明确该途径不仅有助于解释AD的发生和发展，还有望将脑卒中和AD这两种最为常见，但性质迥异的脑病防治整合在同一平台之上^[17]。

2．2 胶质-淋巴途径 星形胶质细胞是血管-神经单元的重要组成。LLIFF等^[6]利用双光子显微镜发现星形胶质细胞足突末端的水通道蛋白-4(aquaporin-4，AQP-4)在介导脑实质主动运输Aβ方面起到至关重要的作用，并由此提出了“胶质-淋巴”途径的概念。该途径与外周代谢产物的淋巴循环极为相似，而前者最大的特点在于需要反复、主动依赖AQP-4。敲除AQP-4的基因小鼠会使Aβ清除率下降55%～65%^[6]，并增加APP/PS1小鼠脑内Aβ斑块沉积，加剧星形胶质细胞萎缩，并最终导致神经突触蛋白损伤和认知功能障碍^[18]，推测AQP-4的缺乏可能导致Aβ难以顺利被动、静脉之间的胶质-淋巴途径清除。

影响该途径的主要因素与动脉壁间引流途径相似，除外前述的脑动脉搏动，还包括睡眠状态、睡眠姿势。LLIFF等^[19]分别通过手术结扎单侧颈内动脉和静脉注射多巴酚丁胺两种方式，观察到CSF-ISF交换速度的明显变化，前者减慢，后者加快，并认为脑动脉搏动很可能是Aβ等代谢产物从动脉端PVS进入脑实质的关键驱动力。此外，睡眠状态下(尤其是快速眼动睡眠期^[9])示踪剂沿PVS流入显著增加，以及睡眠期间脑细胞体积变小和脑间质空间增加等现象^[20]，可能有助于降低包括Aβ在内的脑代谢产物在脑组织间的流动阻力，便于代谢产物的清除。进一步的研究还发现，相比仰卧位和俯卧位，侧卧位的胶质-淋巴清除效率更高，推测这可能是长期的人类进化过程中逐渐形成的脑代谢产物优化清除方式^[21]。考虑到绝大多数痴呆患者普遍存在睡眠障碍和睡眠节律异常，进一步佐证了睡眠在AD病理机制的重要地位。

 

2015年，LOUVEAU等^[7]和ASPELUND等^[11]两个团队首次在小鼠硬脑膜中发现了淋巴管结构，这一发现随后在斑马鱼^[22]、人类和其他灵长类动物^[23]中相继得到证实。当结扎小鼠颈深淋巴结后，脑膜淋巴管中的Aβ强度明显增加，同时伴随着管径的明显增粗，而嗅神经的神经鞘和周围小血管也共同参与了颅底硬脑膜淋巴管网的组成^[11]，这些发现对于理解诸如AD和帕金森病等患者的首发症状(如嗅觉减退)和常见病理区域(如内嗅皮层)至关重要^[24]。

 

脑淋巴引流系统是一个复杂完整且多渠道的脑代谢产物排泄体系，全面参与了AD的病理过程，但以该系统为干预靶点的防治性研究不多。ALBARGOTH等^[13]发现，经由脑池注射的药物在脑不同部位的渗透深度差异有别，其中脑桥是Aβ穿透率最高的区域，间接验证了动脉壁间淋巴引流途径的客观存在，也被视为脑池内注射反义寡核苷酸成功治疗脊肌萎缩症的药理基础^[25]，值得未来AD药物临床治疗借鉴。XU等^[18]在AD模型小鼠中发现，通过基因调控技术可以改变AQP-4的通透性。而联合磁共振技术、近红外光谱和静脉注射示踪剂等手段能动态、活体监测胶质-淋巴途径的流体动力学，有望成为预测或早期识别AD的新方法^[26-28]。MESQUITA等^[29]分别通过向小鼠脑池内注射维替泊芬(一种可消融脑膜淋巴管的光增敏剂)、结扎小鼠颈深淋巴结、采用Prox1＋/-小鼠(脑膜淋巴管基因缺陷小鼠)等三种淋巴引流障碍模型，均观察到脑脊液从动脉端PVS流入和组织间液从静脉端PVS流出的速度明显减慢，但能被一种叫作血管内皮生长因子C的物质部分逆转。

随着越来越多的流行病学和循证医学证据支持睡眠、适度的运动、肠道菌群^[30-31]等与轻度认知功能障碍和AD发生发展之间的密切关系。由于脑淋巴引流系统主要参与的是脑代谢产物的日常清除，与以往疾风暴雨式的Aβ主/被动免疫清除不同的是，基于该系统的AD防治手段可能需要更长的周期和更早的启动。

 

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(收稿2020-02-05)

本文责编：夏保军

本文引用信息：周雪莹，徐武华．脑内淋巴引流和Aβ清除机制对阿尔茨海默病防治的研究进展[J].中国实用神经疾病杂志，2020，23(9)：822-825.DOI：10.12083/SYSJ.2020.09.132