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首次發現眼睛中也存在清除細胞廢物和碎片的類淋巴系統
日期:2020年07月10日 07:33     

  就像大腦一樣,眼睛也是是一種特殊的器官。雖然眼睛通常被詩意地稱為靈魂之窗,但是一組獨特的研究開始以另一種方式看待眼睛。沒錯!像大腦一樣,眼睛中也沒有負責體液循環并清除廢物的經典淋巴管,而這些淋巴管在外圍器官中很常見。

  近年來,有研究已發現大腦有一個獨特的“淋巴系統”,這種排出和處理分子廢物的方法為大腦專有。在健康的情況下,這種運輸系統能夠將神經毒性蛋白質(例如淀粉樣β蛋白)從大腦中轉運出來。另一方面,在不健康的情況下,該系統會使淀粉樣蛋白積聚成損傷大腦的危險斑塊。

  近日,發表在《科學轉化醫學》上的一項研究中,由丹麥哥本哈根大學的神經科學家Maiken Nedergaard博士與哥本哈根大學和紐約羅徹斯特大學的Xiaowei Wang領導的國際研究團隊發現了哺乳動物眼睛中存在類淋巴系統的證據。Nedergaard是大腦廢物處理系統的發現者,也是創造“類淋巴”一詞的科學家。

  這項新發現闡明了類淋巴系統如何維持眼睛健康,并強調了這種至關重要的廢物處理途徑受到損害(阻塞)會導致青光眼。這是全世界范圍內導致失明的主要原因。Nedergaard定義的“類淋巴(glymphatic)”一詞是神經膠質(glial)和淋巴(lymphatic)這兩個單詞的混合體。神經膠質細胞是支持神經元的主要細胞成分。類淋巴系統替代了在大腦和眼睛中都不存在的淋巴系統。

  研究人員寫道,眼睛中的類淋巴系統與大腦中的類淋巴途徑非常相似。此外,他們得出結論,排出系統負責清理眼睛中的代謝廢物、細胞碎片和其他碎片。

  Nedergaard寫道,“與顱穹窿內的大腦相似,眼睛的內部結構也被限制在一個有限的空間內,因此必須嚴格控制液體穩態。然而,眼睛和大腦基本上都沒有傳統的淋巴管,而淋巴管是清除外周組織中液體和溶質的關鍵。”

  為了弄清楚眼睛中是否確實存在類淋巴系統,研究人員將實驗室小鼠作為研究首選的哺乳動物。 通過將熒光標記示蹤劑(包括標記的人β淀粉樣蛋白)注入小鼠眼睛內的玻璃狀液體中,研究人員能夠追蹤通過視神經中的離散通道從眼球中移出時的毒性β淀粉樣蛋白。這些蛋白的碎片最終被轉運到頸部的淋巴管中。

  有趣的是,研究團隊發現淋巴管連接至大腦中處理廢物的同一條通路。這一發現在科學界尚屬首次,并為理解眼睛如何清除代謝廢物和細胞碎片打開了一個新窗口。這些發現也為理解眼睛和大腦如何共享關鍵通路提供了新的思路。

  盡管這是一項新發現,但大腦內的廢物清理系統是Nedergaard在2012年首次確定的。該通路涉及由神經膠質細胞形成的復雜血管周通道(labyrinth),它是有效地清除中樞神經系統中的可溶性代謝物的基礎。除了廢物處理外,Nedergaard及其同事還發現這些通路支持關鍵營養素和化合物在大腦中的分配,質包括葡萄糖、氨基酸、生長因子和脂質。

  她和她的團隊發現了一個與大腦類淋巴系統相關的夜間活動系統。他們在先前的研究中報告說,類淋巴系統僅在睡眠周期中運作,而在清醒時會關閉。五年前,在羅徹斯特大學、石溪大學和紐約大學Langone醫學中心進行的一項聯合研究中,Nedergaard發現,側身睡覺最有利于大腦的類淋巴系統功能和碎片清除。她當時指出,在哺乳動物中,側臥位(偏向左側或右側睡覺)很常見。人類、冬眠的熊,家養的狗和貓(動物界的眾多成員)在睡眠周期中有部分或全部時間處于側臥位。

  Nedergaard當時說:“有趣的是,側臥睡眠在人類和大多數動物(即使在野外環境)中都最普遍。”

  然而,在她的最新研究中,Nedergaard和她的團隊發現,并不是睡眠和黑暗驅動著廢物從眼睛中轉運出來。相反,暴露在光線下也會激活細胞和代謝碎片從試驗動物的眼睛中排出。

  此外,該團隊還想弄清楚,當廢物轉運功能不佳時,這種類淋巴系統是如何與眼睛疾病相關聯的。為了更好地了解廢物轉運和青光眼之間的聯系,他們研究了兩種不同的青光眼小鼠模型。青光眼通過損傷視神經導致失明。

  盡管研究人員預測,較高的眼內壓會更有效地將β淀粉樣蛋白從眼睛里轉運出來,但患有青光眼的小鼠反而保留了大量的毒性β淀粉樣蛋白在眼睛里。Nedergaard和她的團隊說,他們的研究結果提示著青光眼和眼睛的類淋巴系統廢物排出通路功能失調之間存在著關聯性。

論文鏈接:

https://stm.sciencemag.org/content/12/536/eaaw3210

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