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首次发现眼睛中也存在清除细胞废物和碎片的类淋巴系统

2020年07月30日 17:09:42字号:T|T

    就像大脑一样,眼睛也是是一种特殊的器官。虽然眼睛通常被诗意地称为灵魂之窗,但是一组独特的研究开始以另一种方式看待眼睛。没错!像大脑一样,眼睛中也没有负责体液循环并清除废物的经典淋巴管,而这些淋巴管在外围器官中很常见。

    近年来,有研究已发现大脑有一个独特的“淋巴系统”,这种排出和处理分子废物的方法为大脑专有。在健康的情况下,这种运输系统能够将神经毒性蛋白质(例如淀粉样β蛋白)从大脑中转运出来。另一方面,在不健康的情况下,该系统会使淀粉样蛋白积聚成损伤大脑的危险斑块。

    近日,发表在《科学转化医学》上的一项研究中,由丹麦哥本哈根大学的神经科学家Maiken Nedergaard博士与哥本哈根大学和纽约罗彻斯特大学的Xiaowei Wang领导的国际研究团队发现了哺乳动物眼睛中存在类淋巴系统的证据。Nedergaard是大脑废物处理系统的发现者,也是创造“类淋巴”一词的科学家。

 

    这项新发现阐明了类淋巴系统如何维持眼睛健康,并强调了这种至关重要的废物处理途径受到损害(阻塞)会导致青光眼。这是全世界范围内导致失明的主要原因。Nedergaard定义的“类淋巴(glymphatic)”一词是神经胶质(glial)和淋巴(lymphatic)这两个单词的混合体。神经胶质细胞是支持神经元的主要细胞成分。类淋巴系统替代了在大脑和眼睛中都不存在的淋巴系统。

    研究人员写道,眼睛中的类淋巴系统与大脑中的类淋巴途径非常相似。此外,他们得出结论,排出系统负责清理眼睛中的代谢废物、细胞碎片和其他碎片。

    Nedergaard写道,“与颅穹窿内的大脑相似,眼睛的内部结构也被限制在一个有限的空间内,因此必须严格控制液体稳态。然而,眼睛和大脑基本上都没有传统的淋巴管,而淋巴管是清除外周组织中液体和溶质的关键。”

    为了弄清楚眼睛中是否确实存在类淋巴系统,研究人员将实验室小鼠作为研究首选的哺乳动物。 通过将荧光标记示踪剂(包括标记的人β淀粉样蛋白)注入小鼠眼睛内的玻璃状液体中,研究人员能够追踪通过视神经中的离散通道从眼球中移出时的毒性β淀粉样蛋白。这些蛋白的碎片最终被转运到颈部的淋巴管中。

    有趣的是,研究团队发现淋巴管连接至大脑中处理废物的同一条通路。这一发现在科学界尚属首次,并为理解眼睛如何清除代谢废物和细胞碎片打开了一个新窗口。这些发现也为理解眼睛和大脑如何共享关键通路提供了新的思路。

    尽管这是一项新发现,但大脑内的废物清理系统是Nedergaard在2012年首次确定的。该通路涉及由神经胶质细胞形成的复杂血管周通道(labyrinth),它是有效地清除中枢神经系统中的可溶性代谢物的基础。除了废物处理外,Nedergaard及其同事还发现这些通路支持关键营养素和化合物在大脑中的分配,质包括葡萄糖、氨基酸、生长因子和脂质。

    她和她的团队发现了一个与大脑类淋巴系统相关的夜间活动系统。他们在先前的研究中报告说,类淋巴系统仅在睡眠周期中运作,而在清醒时会关闭。五年前,在罗彻斯特大学、石溪大学和纽约大学Langone医学中心进行的一项联合研究中,Nedergaard发现,侧身睡觉最有利于大脑的类淋巴系统功能和碎片清除。她当时指出,在哺乳动物中,侧卧位(偏向左侧或右侧睡觉)很常见。人类、冬眠的熊,家养的狗和猫(动物界的众多成员)在睡眠周期中有部分或全部时间处于侧卧位。

    Nedergaard当时说:“有趣的是,侧卧睡眠在人类和大多数动物(即使在野外环境)中都最普遍。”

    然而,在她的最新研究中,Nedergaard和她的团队发现,并不是睡眠和黑暗驱动着废物从眼睛中转运出来。相反,暴露在光线下也会激活细胞和代谢碎片从试验动物的眼睛中排出。

    此外,该团队还想弄清楚,当废物转运功能不佳时,这种类淋巴系统是如何与眼睛疾病相关联的。为了更好地了解废物转运和青光眼之间的联系,他们研究了两种不同的青光眼小鼠模型。青光眼通过损伤视神经导致失明。

    尽管研究人员预测,较高的眼内压会更有效地将β淀粉样蛋白从眼睛里转运出来,但患有青光眼的小鼠反而保留了大量的毒性β淀粉样蛋白在眼睛里。Nedergaard和她的团队说,他们的研究结果提示着青光眼和眼睛的类淋巴系统废物排出通路功能失调之间存在着关联性。

 

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