硬骨鱼和两栖类中与脑脊液循环相关的全新类似器官：改写脊椎动物解剖学认知

为探究 MDB 在脊椎动物中的普遍性及功能，大连医科大学的研究人员对两栖类和硬骨鱼类开展研究。结果发现非洲爪蟾存在 MDB，硬骨鱼有 MDB 样结构。该研究对理解脊椎动物解剖进化和 CSF 循环意义重大，值得科研人员一读。

　　

大连医科大学基础医学院解剖学系的研究人员 Cheng Chen、Heng Yang 等在《Scientific Reports》期刊上发表了题为 “A new analogous organ in bony fishes and amphibians: an anatomical structure related with the cerebrospinal fluid circulation” 的论文。这篇论文在脊椎动物解剖学和脑脊液循环研究领域意义重大，为深入了解脊椎动物的生理结构和功能进化提供了新的视角，也为相关医学研究和疾病治疗提供了重要的理论依据。

研究背景

肌硬膜桥（Myodural bridge，MDB）最早于 1995 年由 Gary D. Hack 通过解剖学研究发现并描述，它是一束连接头后小直肌（rectus capitis posterior minor，RCPmi）腹侧与硬脊膜的结缔组织，形如桥梁 。后续研究表明，MDB 在人类的寰枕和寰枢间隙均存在，且与慢性颈源性头痛以及脑脊液（cerebrospinal fluid，CSF）循环调节等生理功能密切相关。此外，研究还发现 MDB 在哺乳动物、鸟类和爬行动物中普遍存在，这表明它可能是一种在进化上保守的重要解剖结构。

然而，脊椎动物包含鱼类、两栖类、爬行类、鸟类和哺乳类，此前关于 MDB 的研究主要集中在哺乳动物、鸟类和爬行类，对于两栖类和鱼类中 MDB 的存在情况尚不清楚。考虑到脊椎动物在进化过程中，其身体结构和功能发生了诸多变化，如哺乳动物、鸟类和爬行类头部和颈部运动灵活，非洲爪蟾（Xenopus laevis）头部和颈部运动受限，鱼类没有颈部 。那么，MDB 这种解剖结构是否在所有脊椎动物中都存在？它在不同脊椎动物中的结构和功能是否具有一致性？这些问题亟待解答。因此，研究两栖类和鱼类中 MDB 的结构和连接形式，对于探究 MDB 在脊椎动物进化中的组织学意义至关重要。

研究方法

研究人员从大连海洋大学收集了 9 条欧洲鲈（Dicentrarchus labrax）和 9 条红鳍东方鲀（Takifugu rubripes），从大连旅顺海鲜市场收集了 4 条大菱鲆（Scophthalmus maximus），从爪蟾资源中心购买了 5 只非洲爪蟾，从上海 FishBio Co., Ltd. 购买了 9 条斑马鱼（Danio rerio），且实验所用动物均为成年个体。

在实验过程中，研究人员先将鱼和非洲爪蟾用 0.02% 的三卡因（Tricaine）安乐死，随后将样本置于 10% 的福尔马林（formalin）中固定 3 天，再用脱钙溶液进行脱钙处理，直至组织中的骨头能用针轻松刺穿，这一过程大约需要 5 - 8 天。接着，将样本用流水冲洗过夜，然后依次用 30%、50%、70%、80%、90%、95% 和 100% 的梯度酒精进行脱水处理，之后用二甲苯处理，最后将样本嵌入融化的石蜡中。利用旋转切片机（Leica Micro HM450）将嵌入石蜡的样本切成厚度为 10μm 的切片，再用 Masson 三色染色法对切片进行染色，以便在光学显微镜下观察肌肉纤维（染成红色）和结缔组织（染成绿色），并使用尼康研究型光学显微镜对所有染色切片进行拍照记录。

研究结果

1. 非洲爪蟾中 IAR 与硬脊膜之间的致密纤维连接：对非洲爪蟾的连续切片进行 Masson 染色后发现，在矢状面和横切面中，背最长肌（longissimus dorsi muscle，LGD）和椎间肌（interarcuales muscle，IAR）之间的肌肉束增厚且呈网状，这些肌肉束以不同的腹侧角度连接到寰枕背膜（dorsal atlanto-occipital membrane，DAOM）和硬脊膜上。DAOM 与硬脊膜紧密相连，中间仅有少量结缔组织。在冠状面中，IAR 的肌肉纤维从头部到尾部纵向排列，形成大的网状纤维束。
2. 四种硬骨鱼中肌肉与椎管膜之间的致密纤维连接：对欧洲鲈、大菱鲆、红鳍东方鲀和斑马鱼这四种硬骨鱼的连续切片进行 Masson 染色后观察到，在矢状面中，四种鱼的体肌都直接附着在椎管膜上，尤其是红鳍东方鲀的背鳍肌与椎管膜相连。在横切面中，四种硬骨鱼体肌的两侧均与椎管膜相连。在冠状面中，四种鱼椎管两侧的体肌都与椎管膜紧密相连，且从头部到尾部以钝角附着，部分源自肌隔的纤维组织也与椎管膜相连。

研究结论与讨论

1. 两栖类中的 MDB：本研究证实了非洲爪蟾寰枕间隙中存在 MDB，LGD 和 IAR 的肌肉束增厚并锚定在 DAOM 和硬脊膜上，DAOM 与硬脊膜紧密相连。由于非洲爪蟾寰枕间隙狭窄，枕颈关节僵硬，研究人员推测，枕部背侧肌肉收缩可能会拉动 MDB、DAOM 和硬脊膜，引起硬膜下间隙的变化并产生局部负压，从而对 CSF 循环起到泵送作用。
2. 硬骨鱼中的 MDB 样结构：研究发现，在四种硬骨鱼的头部与躯干连接处不存在 MDB，但在冠状面和横切面中，体肌有规律地排列在椎骨两侧并直接锚定在椎管膜上，肌隔也嵌入椎管膜。特别是红鳍东方鲀，背鳍肌和脊柱两侧的体肌与椎管膜相连。研究人员推测，鱼体肌收缩时，通过拉动椎管膜可产生局部负压，影响椎管间隙，进而影响 CSF 流动，这种连接对 CSF 的作用与 MDB 类似，因此被称为 MDB 样结构。此外，MDB 样结构在鱼的所有相邻椎间隙中都存在，符合双侧振荡运动模式，可能在鱼运动时影响椎管内的 CSF 流动。鱼的 MDB 样结构有两个来源，一是椎管两侧体肌的纤维直接连接到椎管膜，二是肌隔延伸到椎管膜的纤维组织，这些结构有助于鱼类的运动动力学和 CSF 流动调节。
3. MDB 是脊椎动物中的普遍解剖结构：以往研究已证实 MDB 在多种哺乳动物、鸟类和爬行类动物中存在。本研究发现，非洲爪蟾寰枕间隙存在与其他脊椎动物类似的 MDB 结构，同时在硬骨鱼的椎管两侧观察到 MDB 样结构，它们在体肌收缩时影响 CSF 循环，功能与 MDB 相似。这表明 MDB 是脊椎动物中普遍且保守的结构。
4. MDB 的功能：过去的研究表明，MDB 可能具有防止硬膜折叠、维持小脑延髓池正常 CSF 流动的功能，MDB 功能障碍可能与慢性颈源性头痛等疾病有关。本研究结果支持了头部运动影响 CSF 流动且 MDB 参与该机制的观点，MDB 通过将头部的运动力传递到硬脊膜，在 CSF 的动态循环中发挥关键作用 。从进化角度看，没有功能的结构会逐渐退化，但 MDB 或 MDB 样结构在各类脊椎动物中广泛存在，这表明它们具有重要的生理功能。鱼类的 MDB 样结构在功能上与其他脊椎动物的 MDB 相似，尽管从水生到陆生的进化过程中，MDB 的结构发生了变化，如鱼的肌纤维与椎管膜的连接演变成陆生脊椎动物枕部后肌与硬脊膜的连接，但这种变化是为了适应陆生环境中 CSF 循环的需求，体现了 MDB 结构和功能在进化过程中的适应性。

本研究首次在非洲爪蟾中证实了 MDB 的存在，在四种硬骨鱼中发现了 MDB 样结构，为 MDB 在脊椎动物中的普遍存在提供了有力证据。这不仅丰富了人们对脊椎动物解剖结构进化的认识，还为深入研究 CSF 循环机制以及相关疾病的病理和治疗提供了新的理论基础。不过，该研究在物种选择上存在一定局限性，未来研究可纳入更多过渡物种，进一步对鱼类 MDB 样结构的功能进行分析，以更全面地了解 MDB 在脊椎动物中的作用。