《Cells》：Cerebrospinal Fluid as a Window into Neuroimmune Responses During Brain Infection
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理解脑感染期间的神经免疫反应仍然具有挑战性，因为疾病部位（即大脑）难以触及，中枢神经系统（CNS）内的免疫反应在空间和时间上是区室化的，并且外周免疫细胞在很大程度上被用作神经免疫反应的替代指标。脑脊液（CSF）占据着独特的解剖学和免疫学位置，位于脑实质、CNS
理解脑感染期间的神经免疫反应仍然具有挑战性，因为疾病部位（即大脑）难以触及，中枢神经系统（CNS）内的免疫反应在空间和时间上是区室化的，并且外周免疫细胞在很大程度上被用作神经免疫反应的替代指标。脑脊液（CSF）占据着独特的解剖学和免疫学位置，位于脑实质、CNS边界区室和外周免疫系统的交界处，使其成为在活体患者中研究神经炎症过程的重要窗口。在本综述中，研究人员检视了来自CNS感染的证据，特别强调结核性脑膜炎，证明CSF包含与外周血中观察到的不同且根据解剖采样位点而变化的细胞和转录谱。研究人员考虑了CNS驻留细胞、边界相关免疫群体和募集的白细胞如何对CSF的神经免疫环境做出贡献。重要的是，研究人员区分了直接从CSF回收的细胞所获得的证据与可能反映实质或边界区室活动的可溶性生物标志物，以及从转录组学研究推断出的细胞过程。研究人员还讨论了CSF采样和分析方法如何影响解释，并强调了高维分析在解析CNS感染期间区室化神经免疫反应方面的潜力。
论文主体内容总结
1. 引言
脑感染因涉及多种疾病实体、异质性和非特异性表现以及受影响的不同中枢神经系统（CNS）区室而构成独特的临床挑战。小胶质细胞、星形胶质细胞以及其他脑驻留细胞和CNS边界相关免疫群体与募集的白细胞相互作用，协调病原体识别和炎症反应。这些反应对病原体控制至关重要，但过度或失调的炎症也可能导致神经损伤。尽管CNS曾被认为是免疫豁免部位，但现在已知其具有免疫活性，免疫监视发生在脑膜、脑脊液（CSF）和血管周围间隙等特化边界区域。因此，神经炎症日益被认为是一个空间区室化的过程，其可能由发生的解剖区室、潜在疾病背景以及脑驻留细胞、CNS边界相关免疫群体和浸润白细胞的贡献所塑造。研究脑感染期间的神经免疫反应仍具挑战性，脑组织取样在生命期间很少可行，而外周血虽易获取，但主要提供关于系统性免疫的信息，可能无法捕捉CNS内发生的免疫过程。CSF位于脑、血液和CNS边界区域的交界处，代表了一个有价值的区室，通过这些区室可以在体内探究这些神经免疫过程。
3. 为什么脑脊液在研究神经免疫学方面具有独特地位
CSF是一种水、离子、神经递质、葡萄糖和低浓度蛋白质的混合物，占据CNS内的脑室系统、蛛网膜下腔和血管周围间隙。传统上被视为机械缓冲垫和运输介质，CSF日益被认为是参与CNS发育、稳态、免疫监视和细胞间通讯的生物活性区室。脉络丛是CSF产生的主要来源，通过主动离子转运驱动。CSF拥有不同于血浆的独特生化组成，通过CNS屏障的选择性转运机制严格调控。CSF循环包括对流流动和脉动流动两种主要运动类型。脑室和腰部蛛网膜下腔是由CSF流动动力学连接且以生理性头尾浓度梯度为特征的生物学上不同的区室。此外，类淋巴系统的发现揭示了CSF与脑间质液沿动脉周围和静脉周围通路交换的机制。CSF的生理功能包括机械保护、维持代谢稳态、调节颅内压以及在免疫监视中的作用。正常CSF的细胞组成以T细胞为主，其中CD4+ T细胞约占CSF T细胞的70%，多数呈中央记忆表型。健康CSF的细胞组成也可能随年龄变化。
4. 连接脑、血液和CSF的CNS界面
CSF占据CNS屏障、蛛网膜下腔和脑间质液之间的独特解剖位置，能够整合来自多个区室和界面的信号。参与CNS稳态和保护脑的屏障包括血脑屏障（BBB）、胶质界膜、血-脑脊液屏障（BCSFB）和血-脊髓屏障（BSCB）。在稳态下，白细胞跨脑微静脉的迁移是一个受调控的过程。在炎症期间，内皮激活通过增加黏附分子和趋化因子的表达促进白细胞募集。BCSFB处的脉络丛提供了免疫细胞进入CSF的另一重要入口。分子的理化性质也影响其在CNS屏障间的转移。CNS边界相关免疫，如边界相关巨噬细胞（BAMs），代表位于脑膜、血管周围间隙和脉络丛的异质性组织驻留巨噬细胞群体。先天淋巴细胞（ILCs）也可能在脑膜和脉络丛等边界区域对CNS免疫做出贡献。脑膜由三层膜状层组成，其中软脑膜与CNS实质直接接触，允许CSF与脑间质液之间的交换。硬脑膜是最外层，也是最具免疫活性的脑膜层。脉络丛除了产生CSF和作为外周白细胞入口外，本身也是一个免疫生态位。
5. 在CSF中反映的神经免疫信号细胞贡献者
CSF区室的解剖复杂性与其内可能检测到的细胞群体的多样性相匹配。CSF可能包含从外周募集的循环白细胞、与CNS边界相关的免疫细胞，以及在某些疾病背景下显示与脑驻留群体相关的表型或转录特征的细胞。CNS驻留细胞群体包括CNS相关巨噬细胞（CAM）/BAMs、小胶质细胞和小胶质细胞样细胞（MLCs）。小胶质细胞是CNS的主要免疫细胞，也参与神经发生和神经元网络形成。评估小胶质细胞活性主要依赖形态学分类，但这种框架日益被认为是过于简化的。星形胶质细胞约占人类所有胶质细胞的20-40%，对突触形成、神经递质和离子稳态、代谢支持以及维持BBB完整性至关重要。虽然其他免疫细胞可直接从CSF中回收并通过流式细胞术或单细胞方法进行表型分析，但完整的星形胶质细胞通常不作为主要细胞群体从CSF中常规回收。其他CNS驻留和界面群体，如神经元、少突胶质细胞、室管膜细胞、脉络丛上皮细胞和内皮细胞，也可能向CSF贡献细胞物质或分子信号。
6. 脑感染的细胞神经免疫反应
脑感染启动入侵病原体、脑驻留细胞、边界相关细胞和浸润白细胞之间的动态相互作用。病原体识别、屏障反应和白细胞募集始于CNS界面和相关感染或损伤组织内的细胞对病原体相关分子模式的识别。在细菌性脑膜炎中，细菌产物和宿主源性炎症介质促进脑内皮激活，从而促进白细胞黏附和迁移。小胶质细胞和星形胶质细胞在实验性感染结核分枝杆菌后释放肿瘤坏死因子（TNF）-α、白介素（IL）-1β和IL-6以及趋化因子。一旦炎症信号建立，脑驻留和浸润白细胞通过相互的细胞因子、趋化因子和细胞-细胞信号网络相互作用。在细菌性脑膜炎中，快速的先天免疫激活和中性粒细胞募集是显著特征。结核性脑膜炎（TBM）展示了先天性和适应性免疫细胞之间的复杂相互作用。隐球菌性脑膜炎中也显示了区室化。病毒性脑感染的人类CSF研究常关注炎症介质而非详细的细胞表型。神经炎症是一个由不同解剖位置的多种细胞群体之间协调通讯驱动的演化过程。CSF样本代表病原体复制、宿主免疫反应、治疗、组织损伤和消退之间演化互动中的一个时间点。纵向CSF研究在TBM、隐球菌性脑膜炎和病毒性脑炎中存在，但总体而言，可用数据主要是横截面的。
7. 脑脊液作为一个独特的神经免疫区室
本综述在多个层面使用“区室化”一词。首先，神经免疫反应可能在外周循环和CNS之间区室化，导致血液和CSF之间不同的免疫特征。其次，CSF是CNS内的一个独特区室，整合了脑组织、脑膜炎、脉络丛和血管周围间隙的信号，因此并非脑的直接替代品。第三，由于解剖分离、CSF流动动力学和疾病特异性病理，CSF区室内脑室和腰部CSF之间的免疫特征可能不同。CSF占据脑实质、CNS边界区域和外周免疫系统交界处的独特位置。配对分析血液和CSF样本对于区分被动转移与选择性募集、局部增殖或鞘内免疫群体持续存在非常有价值。重要的是，CSF本身在免疫学上并非均质的，其细胞和分子组成不仅受CNS内免疫信号的产生影响，也受CSF流动动力学影响。脑室和腰部CSF不应被视为可互换的标本，在解释CSF免疫谱时考虑采样位置很重要。
8. 表征脑脊液中免疫细胞的方法
用于研究CSF炎症的方法多年来已有显著发展。早期研究主要依赖常规细胞学检查和总蛋白、葡萄糖及白细胞计数测量。流式细胞术通过对单个细胞群体进行同时的表型表征，推动了CSF免疫学研究的重要进展。在CNS感染中，流式细胞术提供了CSF免疫反应强烈区室化的证据。然而，流式细胞术仍受限于预定义的抗体组合，对转录程序或功能性细胞状态的洞察有限。单细胞RNA测序（scRNA-seq）能够同时对数千个单细胞进行无偏倚的转录谱分析。将scRNA-seq应用于CSF提供了重要证据，表明CSF白细胞在转录上与外周血白细胞不同，并可能包含使用常规表型分析方法不易检测到的稀有群体。CSF单细胞转录组学的一个主要贡献是在活体患者中鉴定出小胶质细胞样髓系群体。尽管有其潜力，scRNA-seq仍面临一些挑战，包括高测序成本、CSF细胞量低、对样品处理的敏感性以及对稳健计算流程的需求。CSF分析的采集、处理和临床混杂因素包括样本收集与处理之间的延迟、运输条件、离心方案、冷冻保存方法和冻融循环。血液污染、年龄、性别、合并症如HIV共感染、皮质类固醇和其他免疫调节疗法以及影响CSF动力学的病理生理因素都可能影响CSF免疫谱的解释。
10. 结论
由脑感染引起的神经炎症是高度动态和区室化的，不能完全从外周血或有限的可用组织分析中推断出来。CSF位于脑实质、CNS边界区室和外周免疫系统的交界处，为这些复杂的免疫过程提供了一个额外的、临床上可及的窗口。通过整合来自CNS驻留细胞、边界相关免疫细胞和浸润白细胞的信号，CSF提供了一个重要的窗口，通过它可以推断驱动感染相关神经炎症的机制，同时认识到它充当了脑实质的替代指标。随着技术的不断发展，CSF很可能成为研究体内神经炎症日益重要的样本，也是识别用于未来临床验证的调节神经免疫功能的新型治疗靶点的重要资源。
