衰老相关硬脑膜细胞外基质重塑对中枢神经系统淋巴功能的影响及潜在治疗意义

为探究中枢神经系统（CNS）脑脊液（CSF）清除障碍的机制，研究人员开展了硬脑膜细胞外基质（ECM）重塑与 CSF 清除关系的研究。结果发现，衰老导致硬脑膜 ECM 重塑，TGFβ1是关键驱动因素，这为治疗相关神经疾病提供了潜在靶点。

　　大脑，作为人体的 “指挥部”，时刻进行着复杂的生理活动，产生的代谢废物和神经毒性蛋白若不能及时清除，就会像垃圾堆积在城市中一样，引发各种 “故障”。在正常情况下，中枢神经系统（CNS）有着自己的 “垃圾清理系统”，其中脑膜淋巴网络对脑脊液（CSF）的引流，在清除废物和维持免疫平衡方面发挥着关键作用。然而，随着年龄的增长，或者在遭受创伤性脑损伤（TBI）、患上帕金森病、阿尔茨海默病等神经退行性疾病时，这一 “清理系统” 的功能会受到损害，导致废物堆积，进一步加重神经系统的病变。但目前对于这些情况下 CSF 清除障碍的具体机制，科学界还知之甚少。为了深入了解这一难题，来自新西兰奥克兰大学（The University of Auckland）、美国华盛顿大学圣路易斯分校（Washington University in St. Louis）等机构的研究人员开展了相关研究。他们的研究成果发表在《Journal of Neuroinflammation》杂志上，为我们理解 CNS 废物清除机制以及治疗相关神经疾病带来了新的曙光。
研究人员主要运用了以下关键技术方法：一是通过对不同年龄段小鼠硬脑膜进行蛋白质组学分析，如采用液相色谱 - 质谱（LC - MS）技术，来鉴定和量化硬脑膜中胶原蛋白等细胞外基质（ECM）成分的变化；二是构建了一种新型小鼠模型，通过向硬脑膜成纤维细胞中递送携带突变的组成型活性 TGFβ 受体（muT）的腺相关病毒（AAV），模拟硬脑膜纤维化过程；三是利用诱导多能干细胞（iPSC）衍生的淋巴内皮细胞（iLEC）模型，研究组织刚度对淋巴功能的影响。
研究结果如下：

1. ECM alterations in the aged dura mater（衰老硬脑膜中的 ECM 改变）：研究人员发现，在衰老过程中，硬脑膜的 ECM 发生了显著变化。通过多种实验方法，如用 Fast Green 和 Sirius Red 染色观察、透射电子显微镜（TEM）分析以及液相色谱 - 质谱（LC - MS）检测，发现硬脑膜中的胶原蛋白，尤其是 I 型胶原蛋白（Col1a1），在衰老过程中出现了重新分布和含量变化。在老年小鼠硬脑膜中，Col1a1 在淋巴周围区域积累增加，同时相关基因表达也发生改变，这表明衰老导致硬脑膜中 Col1a1 的功能和结构发生重组，可能影响 CSF 的引流。
2. Identifying drivers of dural ECM remodeling（确定硬脑膜 ECM 重塑的驱动因素）：为了探究硬脑膜 ECM 重塑的原因，研究人员对硬脑膜成纤维细胞进行了研究。他们从人体活检样本中培养硬脑膜成纤维细胞，并发现 T 细胞来源的细胞因子中，只有转化生长因子 β₁（TGFβ₁）能显著促进 ECM 的产生。进一步分析发现，在老年脑膜中，TGFβ₁的主要产生细胞调节性 T 细胞（Tregs）数量增加，且老年硬脑膜成纤维细胞对 TGFβ₁的反应相关基因表达富集，这表明 TGFβ₁是硬脑膜纤维化的关键驱动因素。
3. Modeling dural ECM deposition in mice（在小鼠中模拟硬脑膜 ECM 沉积）：研究人员构建了小鼠模型，通过向小鼠脑脊液中注射携带 muT 的 AAV，使硬脑膜成纤维细胞中 TGFβ₁信号通路持续激活。结果发现，这种处理导致小鼠硬脑膜淋巴周围 Col1a1 沉积增加，与衰老过程中观察到的现象相似。这表明通过该模型成功模拟了硬脑膜 ECM 沉积，为后续研究其对 CSF 清除的影响奠定了基础。
4. Dural ECM remodeling impairs CSF clearance pathways（硬脑膜 ECM 重塑损害 CSF 清除途径）：利用上述小鼠模型，研究人员研究了硬脑膜 ECM 沉积对 CSF 清除途径的影响。通过向小鼠脑脊液中注射荧光标记的卵清蛋白（OVA - A594），观察其在不同组织中的分布和摄取情况。结果发现，与对照组相比，muT 转导的小鼠硬脑膜中 OVA - A594 积累减少，深层颈淋巴结（dCLNs）中 OVA - A594 摄取也显著降低，这表明硬脑膜 Col1a1 沉积损害了 CSF 向 dCLNs 的清除，模拟了衰老过程中 CSF 清除障碍的现象。
5. Tissue stiffness impairs meningeal lymphatic function（组织硬度损害脑膜淋巴功能）：考虑到 Col1a1 沉积可能改变组织的机械性能，研究人员利用 iLEC 模型研究组织硬度对淋巴功能的影响。他们将 iLEC 培养在不同硬度的基质上，发现硬基质会降低关键淋巴标记物 VEGFR3 和 VE - Cadherin 的表达，破坏细胞间连接，并抑制淋巴生成。这表明升高的组织硬度会损害控制 CSF 引流的关键淋巴功能，提示抗纤维化策略可能有助于恢复 CSF 引流。
   研究结论和讨论部分指出，本研究明确了硬脑膜中淋巴周围的胶原蛋白沉积是损害脑膜淋巴功能和 CSF 清除的关键病理特征。这种沉积足以破坏这些重要过程，在衰老、TBI 和神经退行性疾病的病理变化中可能发挥重要作用。由于硬脑膜位于血脑屏障（BBB）之外，易于靶向，因此针对纤维化的治疗策略，如抑制 TGFβ₁信号通路或调节免疫细胞功能，有可能成为改善神经功能的有效方法。在急性情况下，如 TBI，这些干预措施可预防纤维化的发生；在慢性疾病和衰老过程中，则可能逆转纤维化重塑，恢复正常的脑膜淋巴功能。然而，研究也存在一些局限性，例如研究主要集中在硬脑膜的特定区域，未充分考虑其他 CSF 引流途径和淋巴网络的差异。未来需要进一步研究纤维化在中枢神经系统中的信号通路，探索更多潜在的治疗靶点，以开发更有效的治疗方法，改善相关神经疾病患者的预后。