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.2012年8月15日；4（147）：147ra111。
doi:10.1126/scitranslmed.3003748。

血管旁通路促进脑脊液流经脑实质和清除间质溶质，包括淀粉样β

杰弗里·伊里夫 1, 王明桓, 廖永红, 本杰明·阿普洛格, 彭伟国, 乔治·冈德森, 海伦·本文尼斯特, G爱德华·瓦特斯, 拉希德·迪恩, 史蒂文·戈德曼, 埃尔伦德·纳格尔胡斯, 梅肯·内德加德
附属公司

血管旁通路促进脑脊液流经脑实质和清除间质溶质，包括淀粉样β

杰弗里·伊里夫等。 科学转化医学. .

摘要

由于缺乏淋巴循环，大脑必须通过另一种机制清除细胞外蛋白。脑脊液（CSF）作为脑细胞外溶质的汇点，但尚不清楚脑间质中的溶质是如何从实质转移到CSF的。我们证明，蛛网膜下腔脑脊液的很大一部分循环通过大脑间隙。基于小荧光示踪剂的体内双光子成像，我们发现脑脊液沿着贯穿动脉周围的血管旁间隙进入实质，脑间质液沿着静脉旁引流途径清除。星形胶质细胞中缺乏水通道水通道蛋白-4（AQP4）的动物表现出通过该系统的脑脊液流入减慢，间质溶质清除率降低约70%，表明这些解剖流入和流出途径之间的大量液体流动由星形胶质细胞的水输运支持。荧光标记的淀粉样蛋白β（一种被认为在阿尔茨海默病中致病的肽）沿着这条路线运输，Aqp4基因的缺失抑制了可溶性淀粉样蛋白的清除，表明这条途径可能会将淀粉样蛋白从中枢神经系统中移除。通过静脉旁血流的清除也可能调节与神经退行性疾病有关的蛋白质的细胞外水平，其损伤可能导致可溶性蛋白质的错误积累。

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数字

图1
图1
蛛网膜下腔CSF向脑实质的分布。(A类)将荧光示踪剂注入侧脑室（LV）或大池后，评估脑室和蛛网膜下腔CSF向脑实质的运动。(B类到G公司)在脑室内输注30分钟后，评估小分子（A594；分子大小，759道尔顿；红色）、中等分子（TR-d3；分子尺寸，3 kD；蓝色）和大分子量（FITC-d2000；分子量，2000 kD；绿色）示踪剂向脑实质的移动。3V，第三脑室；4V，第四心室。（D和G）远离心室周围空间的组织中缺乏示踪剂。插入，4′，6-二氨基-2-苯基吲哚（DAPI）标记在相同视野中。(小时到J型)池内注射30分钟后，小分子量示踪剂渗透。箭头，低水平的血管旁积聚。(K（K）到米)池内注射TR-d3（深蓝色）和FITC-d2000（绿色）的分布。合并（浅蓝色）表示TR-d3和FITC-d2000的同位化。(N个)脑干内荧光示踪剂的分布，量化为大脑总体积的百分比（整合切片面积）。A594在脑组织中所占比例最大。TR-d3呈中间分布，而FITC-d2000受到高度限制(n个= 3, *P（P）< 0.05). (哦)脑干内注射[三H] 甘露醇（分子量，182道尔顿）或[三H] 右旋糖酐-10（分子量，10 kD）。与相比[三H] 甘露醇[三H] 右旋糖酐-10在大脑中的积累明显减慢(n个=每个时间点6个*P（P）< 0.0001). 比例尺，100μm。
图2
图2
动脉旁脑脊液流入小鼠皮层的活体双光子成像。脑干内注入蛛网膜下腔脑脊液的示踪剂流入大脑皮层的情况在活体内通过双光子成像通过一个封闭的颅窗进行评估。(A类)成像设置示意图。在皮层表面以下0至240μm之间每隔1分钟进行一次成像。(B类)用动脉内CB-d10对脑血管系统进行可视化，并对动脉（A）和静脉（V）进行形态学鉴定。脑干内注射后，脑脊液示踪剂立即沿大脑表面动脉外侧移动，但不沿静脉移动。红圈、小动脉；蓝色圆圈，小静脉。(C类到E类)随着时间的推移，示踪剂沿着穿透的小动脉而不是小静脉迅速进入大脑。小分子量示踪剂（TR-d3，深蓝色）很容易进入间质，而大分子量示踪剂（FITC-d2000，绿色）仅限于血管旁间隙。合并（浅蓝色）表示TR-d3和FITC-d2000的同位化。(F类到小时)沿着皮质表面动脉，大分子量示踪剂（FITC-d2000）出现在动脉血管平滑肌细胞（VSM）周围的血管旁间隙（PVS）。血流（BS）由静脉注射TR-d70定义。基底膜（BM）的低水平标记表明，少量CSF示踪剂沿基底膜移动。(我和J型)池内注射的大分子量示踪剂（FITC-d2000）沿着穿透小动脉周围的血管旁间隙进入大脑（TR-d70）。(K（K）和L（左）)胶质纤维酸性蛋白（GFAP）-表达GFAP-GFP（绿色荧光蛋白）报告基因的转基因小鼠中的阳性星形胶质细胞。含有TR-d2000的血管旁间隙以血管周围星形细胞终末为界（白色）。比例尺，100μm[（B）至（E）]，20μm[。
图3
图3
CSF沿着血管旁通路进入脑间质并从脑间质中清除。为了评估蛛网膜下腔脑脊液流入脑实质的途径，我们将荧光示踪剂注入Tie2-GFP:NG2-DsRed双报告小鼠脑池内，使动脉和静脉可以直接区分。(A类和B类)池内注射的OA-647沿着穿透小动脉（Tie2-GFP）进入大脑皮层（绿色箭头表示示踪剂进入）+/NG2-Ds红色+血管，空箭头），不沿上升静脉（Tie2-GFP+/NG2-Ds红色−容器、填充箭头）。(C类)脑脊液示踪剂沿着血管旁间隙（PVS）和血管内皮层与平滑肌细胞层之间的基底膜（BM）移动。沿着毛细血管的示踪剂运动沿着基底层进行。(D类)在基底神经节和丘脑中观察到大量示踪剂，这些示踪剂沿着大的腹侧穿支动脉进入。(E类)豆纹动脉周围的详细示踪剂分布。图中显示了沿白线的强度投影。绿色，示踪剂；灰色，内皮GFP；红色，血管平滑肌。(F类到小时)在较长的时间点（大于1小时，而示踪剂流入时间为0至30分钟），OA-647（分子大小，45 kD）进入间质空间，主要沿毛细血管（F）和实质性小静脉（G）聚集。沿大脑内侧内静脉和鼻尾侧腹外侧静脉（H）积聚最多。（G）至（H）中的橙色箭头表示观察到的间隙示踪剂清除路径。比例尺，100μm[（A）和（D）]，50μm（H），20μm[。
图4
图4
血管旁AQP4促进脑脊液通过脑间质的流动。(A类)AQP4（紫色）在脑星形胶质细胞（白色）中特异表达，其定位高度极化至血管周围末梢（箭头）。(B类和C类)AQP4阳性的血管周围星形细胞终末立即环绕动脉旁脑脊液流入途径。图中显示了（B）和（C）的荧光强度投影，用白色矩形表示。示踪剂（绿色）位于血管旁间隙（PVS）内，位于血管平滑肌（红色）和星形细胞末端（紫色）之间。(D类)沿着毛细血管基底层（绿色）的示踪剂运动以血管周围AQP4阳性终末（紫色）为界。(E类和F类)体外评估AQP4介导的液体流量对蛛网膜下腔CSF进入和穿过脑实质的运动的贡献。当示踪剂标记被量化时，脑池内注入的示踪剂在问题4-注射30分钟后，空白小鼠与野生型（WT）对照组相比(n个=每个时间点4至5*P（P）< 0.05). (G公司)体内评估小分子（TR-d3）（深蓝色）和大分子量（FITC-d2000）（绿色）脑池内示踪剂流入皮层的情况。用动脉内CB-d10（插图）显示脑血管。合并（浅蓝色）表示TR-d3和FITC-d2000的共定位。(小时)大分子量示踪剂（绿色）沿动脉旁间隙的运动[由感兴趣的绿圈区域（ROI）的平均荧光强度测量]在问题4-与野生型对照动物相比无效。(我)年，小分子示踪剂进入穿透小动脉周围的间质（由蓝色甜甜圈ROI中的平均荧光强度测量）的运动被废除问题4-与WT控件相比为null(n个=每组6人*P（P）<0.01），证明问题4基因缺失影响脑干内注入的示踪剂通过皮层实质的运动。AU，任意单位。比例尺，100μm（G）、40μm（A）、20μm（D）和10μm[（B）和（C）]。
图5
图5
glymphatic系统支持间质溶质和液体从大脑中清除。(A类)为了评估间质溶质清除的作用，我们测量了纹状体内溶质的清除[三H] 来自大脑的甘露醇（有关详细信息，请参见图S8A）。注射后的前2小时内，纹状体内的清除[三H] 甘露醇问题4-空白小鼠大脑显著减少(*P（P）< 0.01,n个=每个时间点4）。(B类)glymphatic途径示意图。在这种全脑通路中，CSF沿着动脉旁途径进入大脑，而ISF沿着静脉旁途径从大脑中清除。AQP4依赖的星形胶质细胞水流量促进了这些内流和清除途径之间的对流体积ISF流动，并推动间质溶质和液体从脑实质中清除。从这里，溶质和液体可以分散到蛛网膜下腔脑脊液中，通过毛细血管后血管进入血流，或者沿着引流静脉壁到达颈部淋巴管。
图6
图6
间质Aβ沿血管旁通路清除。为了评估间质可溶性淀粉样蛋白Aβ是否与其他示踪剂沿着相同的途径清除，我们注射荧光或放射性标记的淀粉样蛋白β1–40进入小鼠纹状体。(A类)15分钟、30分钟或1小时后125I-淀粉样β1–40如图S8所示，测量注射时的全脑辐射。在t吨=60分钟（WT动物），125I-淀粉样β1–40被清除的速度比[三H] 甘露醇或[三H] 右旋糖酐-10。125I-淀粉样β1–40中的间隙问题4-空白小鼠显著减少(*P（P）< 0.05,n个=每个时间点4到6）。(B类到D类)注射HyLyte-555–淀粉样β1小时后1–40在Tie2-GFP小鼠体内，示踪剂沿着毛细血管（D，箭头）和大的引流静脉（B和C）积聚。（C）中的图像描述（B）没有内皮细胞GFP荧光信号。(E类)为了评估脑脊液中的可溶性Aβ能否通过脑实质循环，我们注射125I-淀粉样β1–40在注射后15、30和45分钟，我们评估了放射性示踪剂流入大脑的情况（如图S2所示）。125I-淀粉样β1–40进入大脑的方式与[三H] 右旋糖酐-10，并与WT对照组进行比较，125I-淀粉样β1–40年流入量显著减少问题4-无鼠标(*P（P）< 0.05,n个=每个时间点4到6）。比例尺，50μm。
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