一直以来，学术界认为中枢神经系统（central nervous system，CNS）缺乏淋巴系统，而淋巴系统在其他器官中具有维持间质液（inter stitial fluid，ISF）平衡、清除细胞代谢或死亡所产生的废物等重要生理功能。Iliff等（2012）在小鼠中发现由星形胶质细胞终足及血管壁之间形成的间隙结构，具有与淋巴系统类似的清除细胞代谢废物的功能，首次证明了CNS中也有类似淋巴管的结构存在，进一步完善了神经系统的清除机制，并将其命名为类淋巴系统（glymphatic system）。文中介绍类淋巴系统的结构、功能和相关影响因素，对该系统在CNS疾病中的相关研究进行总结，进一步探讨类淋巴系统在基础研究中需要解决的问题，以及在CNS疾病的临床诊断和治疗上的应用前景。

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类淋巴系统的结构和功能

Iliff等通过双光子激光扫描显微镜实时观测注入脑池的脑脊液（cerebro spinal fluid，CSF）荧光示踪剂的流动途径，首次在小鼠中证实了分布于全脑的具有清除功能的类淋巴系统。其工作模式见图1。CSF沿大脑表面动脉及穿支小动脉走行的血管周围间隙（paravascular space）流入脑实质，随后CSF与ISF进行交换，最后CSF/ISF以整体流的形式运输至静脉的血管周围间隙并流出脑部。其中，血管周围间隙是由内侧的动脉血管平滑肌细胞和外侧的血管周围星形胶质细胞终足构成的液体流动途径（表1）。而终足上的一些水通道蛋白（aquaporin，AQP），如AQP4，介导脑实质与血管周围间隙的液体交换和物质清除。Iliff等研究发现注入小鼠纹状体的可溶性β淀粉样蛋白（β-amyloid，Aβ）可从该血管间隙途径清除，提示该系统具有清除脑间质溶质的功能。因结构特点和清除功能，Iliff等将其命名为类淋巴系统或胶质淋巴系统。

为理解类淋巴系统中流体的运动形式，需要区分弥散和对流（或整体流）这两个概念。弥散是指物质随意的热运动，溶质的质量越大则溶质的弥散速率越慢；对流是指流体所有成分一起运动的一种运动形式，即流体中所有成分无论分子大小，均以相同速率运动。目前认为类淋巴系统的脑实质中流体是以对流形式运动的。但存在反对观点，研究人员通过计算机模拟的方法提出了脑内的静水压不支持对流这一流体运动形式，脑间质的流体运动形式可能是弥散或者弥散和对流共存的观点。类淋巴系统中流体运动形式是目前研究的争议点之一，需要进一步的研究阐明对流和弥散在类淋巴系统中是否存在，以及发挥作用的大小。

 

类淋巴系统的清除功能是目前研究的重点之一，其可从CNS清除可溶性Aβ、tau蛋白、能量代谢产物乳酸等。类淋巴系统对溶质的清除具有大小选择性，可能与星形胶质细胞终足的间隙为20nm的结构特点有关。类淋巴系统还能运输脂蛋白E（apolipoprotein E，ApoE）、脂质等。此外，类淋巴系统可能在星形胶质细胞的细胞间信号传导中发挥作用。

02

影响类淋巴系统的因素

类淋巴系统可以理解为CSF在脑部的再循环途径，CSF的持续产生可以看作是类淋巴系统的驱动力，因此影响CSF产生的因素均可作为类淋巴系统的影响因素。除此以外，AQP4、脉搏搏动、睡眠和体位等多种因素均会对该系统产生影响。

 

2.1 AQP4  AQP4是一种水通道蛋白，其单体主要有M1和M23两种亚型，机体内M1和M23共同组成四聚体，进一步聚集形成粒子正交阵列（orthogonal arrays of particles，OAPs）。AQP4可能通过与α-突触核蛋白（α-syntrophin，α-syn）相互作用，在CNS中极性分布于星形胶质细胞终足。星形胶质细胞终足作为血管周围间隙的外侧组成部分，其细胞膜上的AQP4在类淋巴系统中发挥促进作用。首先从神经发育角度，星形胶质细胞终足的形成和AQP4的极性表达与类淋巴系统的形成具有时间一致性，这提示AQP4可能与类淋巴系统的运作相关。多项基于AQP4基因敲除的动物模型的研究表明AQP4的缺失会降低类淋巴系统的运输和清除能力。另外，在衰老或病理条件下，无论是动物模型还是患者的脑部，均发现AQP4表达特性的改变与类淋巴系统功能的减退共存。AQP4的极性分布对保证类淋巴系统正常运作十分重要，疾病状态下脑内AQP4的总体表达量增加，但类淋巴系统的清除功能减退，这与AQP4在终足的极性分布丧失密切相关。进一步研究发现，在老年人和AD患者前额叶皮质中M1与M23两种亚型的相对比率下降，两者比率影响AQP4的粒子正交阵，也可能导致AQP4功能异常。其作用机制有待进一步研究阐明。

 

2.2 脉搏搏动  在理论分析层面，研究人员证明了血管壁的蠕动运动可以促进血管周围间隙内液体和溶质的运输。后续研究从功能层面证实了脉搏搏动对类淋巴系统的调控作用。动物实验中，衰老小鼠和单侧颈内动脉结扎小鼠均存在脉搏搏动下降，类淋巴系统功能减退；反之，使用肾上腺素受体激动剂增强脉搏搏动后，该系统功能提高。在人体研究中也发现心动周期相关的脉搏搏动与呼吸相关的脉搏搏动均能促进类淋巴系统中液体流动。

 

老年人群和高血压病人群脉搏搏动及脑灌注均有所减弱，这可能导致类淋巴系统清除功能障碍并介导了Aβ在血管周围沉积。这些观点需要进一步的研究证实。

 

2.3 睡眠  类淋巴系统在睡眠时发挥功能，而在觉醒状态下受抑制。研究发现在睡眠或麻醉状态下，小鼠的类淋巴系统中动脉周围入流和脑实质内整体流均高于觉醒状态，并且该系统对Aβ的清除速率较觉醒时高出1倍以上。当发生睡眠剥夺时，类淋巴系统功能受限，动脉周围入流从动脉周围间隙进入脑实质的过程明显慢于正常睡眠的小鼠。同样，人体研究结果也提示类淋巴系统主要在睡眠状态下运作。睡眠调控类淋巴系统的机制尚不明确，可能是通过抑制肾上腺素能活性、增大间质空间，进而增加CSF容量提高类淋巴系统的清除效率。基于认知功能正常人群进行的研究表明，睡眠剥夺会增加Aβ在与认知相关脑区的沉积，睡眠质量减退人群的脑内存在更多的Aβ沉积。而睡眠可以通过启动类淋巴系统维持脑部代谢产物的稳态平衡，因此，改善睡眠有希望作为以蛋白异常沉积为特征的神经系统疾病的预防措施。

 

2.4 体位  麻醉大鼠中，类淋巴系统的运输和清除效率在侧卧位时比仰卧位和俯卧位时更高，与大鼠生理条件下休息和睡眠时倾向于侧卧位的行为相一致。人类也习惯于睡眠时选择侧卧位，但目前尚缺乏人体研究证据支持该体位有助于提高类淋巴系统运作效率的观点。虽然体位对类淋巴系统的研究甚少，但对这个影响因素不应该被忽视。体位改变会引发心血管系统和呼吸系统的一系列调控，进而可能会影响类淋巴系统的运作，其机制需要后续更多研究进一步探索。在研究类淋巴系统以及使用影像学技术进行评估时，要考虑体位因素，实现结果的标准化。

 

其他因素也与类淋巴系统运作效率有关，如脑池切开术、运动、乙醇摄入量。这些因素相互关联，但对类淋巴系统功能的影响是否具有因果关系还有待进一步研究证实。

03

类淋巴系统与神经系统疾病

研究发现神经系统疾病中普遍存在类淋巴系统的改变（表2），疾病的发生发展可使类淋巴系统功能减退；反之，类淋巴系统结构和功能异常也会加速疾病的发展进程。

3.1 阿尔茨海默病（Alzheimer’s disease，AD）  AD是以进行性认知功能和行为损害为特征的CNS退行性疾病，其病理特征包括Aβ的异常沉积。目前认为Aβ沉积的原因为Aβ产生与清除的动态平衡出现异常。类淋巴系统作为大脑清除机制之一，可以清除Aβ，越来越多的研究关注到类淋巴系统的功能障碍与Aβ沉积之间的关系。在AD模型小鼠（tg-ArcSwe）和AD患者脑内，AQP4极性分布异常，其在终足的分布减少，而趋向于聚集在Aβ沉积部位的周围。另一项研究中，AD模型小鼠（APP/PS1）的类淋巴系统功能出现减退，表现为对Aβ运输和清除减少，甚至在Aβ沉积尚不明显的幼年AD模型小鼠中，类淋巴系统功能已出现异常。有研究进一步揭示了AQP4在血管周围表达减少与Aβ斑块密度增加相关。上述研究推测，Aβ蛋白沉积可能导致AQP4异常分布，而影响类淋巴系统运作。Aβ沉积也可能减缓该系统液体流速。另外，类淋巴系统功能减退可能加速AD的病理过程。对AD模型小鼠（APP/PS1）进行的研究发现，AQP4基因敲除可能增加脑内Aβ沉积，并且小鼠呈现更严重的认知损害。

 

类淋巴系统与AD的关系具有重要临床价值。动物研究结果提示类淋巴系统出现异常早于Aβ沉积，这为AD的早期诊断提供了新的可能。人体影像学研究发现类淋巴系统的受损程度与认知损害的严重程度呈正相关，维持类淋巴系统的正常功能为AD治疗提供了新思路，而AQP4可作为潜在的治疗靶点。

 

3.2 创伤性脑损伤  创伤性脑损伤是导致痴呆、AD等神经退行性变的危险因素，研究发现类淋巴系统参与了创伤性脑损伤后一系列病理过程。小鼠发生创伤性脑损伤后，皮质和纹状体中AQP4的总体表达量增加，但血管周围的AQP4分布减少，4周后大部分小鼠AQP4的极性分布仍未恢复。同时，创伤性脑损伤发生后4周内小鼠类淋巴系统运输和清除tau蛋白的功能受损持续存在，4周后脑内磷酸化tau蛋白呈现广泛性增多。研究人员在AQP4基因敲除小鼠中进行同样的实验，结果显示AQP4的缺乏会使创伤性脑损伤后脑内磷酸化tau蛋白积聚更严重。可见，类淋巴系统功能障碍导致蛋白清除减少，进而发生蛋白异常聚集，可能是创伤性脑损伤后继发退行性病变的机制之一。为预防创伤性脑损伤后痴呆的发生，可以考虑早期对类淋巴系统进行干预以维持其对蛋白的正常清除功能。

 

3.3 脑卒中  脑卒中可分为出血性脑卒中和缺血性脑卒中两种病理类型，出血性脑卒中包括蛛网膜下腔出血、脑出血。研究表明脑卒中时类淋巴系统功能受损。

 

研究人员在蛛网膜下腔出血模型小鼠中发现纤维蛋白原等血液成分存在于扩大的血管周围间隙中，血管周围AQP4分布减少且神经炎症反应明显。进一步对蛛网膜下腔出血模型小鼠类淋巴系统进行功能评估，一项基于影像技术的研究结果显示在注入造影剂钆1h后，蛛网膜下腔出血小鼠的出血部位无增强信号，正常对照组小鼠的造影剂则遍布全脑，同时蛛网膜下腔出血小鼠的类淋巴系统对造影剂的清除也较正常对照组减少。另一项研究对出血脑区的tau蛋白进行测定，结果显示蛛网膜下腔出血发生7d后总tau蛋白和磷酸化tau蛋白均增加，提示类淋巴系统的清除功能减退。当经脑室注入组织型纤维蛋白原激活剂（tissue-type plasminogen activator，tPA）时，血管周围间隙再通，从而改善类淋巴系统功能。根据现有研究推测，蛛网膜下腔出血后，出现血管周围间隙堵塞和AQP4极性分布异常，类淋巴系统对异常蛋白清除能力下降，可能导致脑出血后的认知损害。

 

在缺血性脑卒中的小鼠模型中可以观察到与蛛网膜下腔出血类似的病理改变，即血管周围间隙扩张、AQP4极性分布丧失，以及星形胶质细胞包围缺血病灶，提示类淋巴系统的结构出现异常。进一步在动物模型中评估类淋巴系统功能，结果表明在脑卒中后短时间内该系统入流和清除功能均呈现下降趋势，其中单侧大脑中动脉梗死的缺血性脑卒中小鼠模型在24h后该系统功能恢复，并伴随大脑中动脉的通畅性恢复，多发性微梗死小鼠模型中，该系统14d后基本恢复正常。类淋巴系统的功能减退有可能用于解释缺血性脑卒中后脑内的异常蛋白沉积和发生血管性痴呆，但分子机制仍有待进一步研究证实。

 

脑卒中后认知损害对患者预后有长期影响，探究维持类淋巴系统正常功能的潜在治疗靶点，有希望改善脑卒中患者的认知损害，从而提高其生活质量。

 

3.4 帕金森病（Parkinson’s disease，PD）  PD是一种常见的神经退行性疾病，其病理特征为黑质致密部多巴胺能神经元丢失和Lewy小体形成。其中Lewy小体是α-syn产生和清除的不平衡，而导致蛋白异常沉积形成。目前研究较多的α-syn细胞内清除机制有泛素-蛋白酶通路和自噬溶酶体通路，类淋巴系统可能在细胞外的蛋白清除中发挥作用。Zou等发现PD模型小鼠（A53T小鼠）的类淋巴系统功能出现减退，免疫荧光显示AQP4主要分布在α-syn阳性的神经元周围，提示类淋巴系统AQP4的异常分布与α-syn沉积有关。为进一步探究AQP4对α-syn的清除作用，该团队研究人员比较了AQP4基因敲除小鼠与野生型小鼠类淋巴系统的清除效率，结果表明AQP4的缺失会降低α-syn在脑内的清除速率，表现为蛋白单体的增加但不会增加寡聚体的集聚，说明在类淋巴系统中AQP4促进α-syn可溶性单体的清除。类淋巴系统对α-syn的清除作用为PD治疗提供了新的方向。

 

3.5 其他神经系统疾病  广泛性神经系统抑制作为偏头痛的先兆表现之一，会使血管周围间隙减小甚至闭合，出现类淋巴系统的清除功能减退，提示偏头痛的病理过程可能有类淋巴系统参与。在特发性正常颅压脑积水的患者中也观察到血管周围AQP4分布减少和类淋巴系统清除功能受损。目前的研究有限，类淋巴系统功能障碍和疾病的因果关系有待进一步探索。

 

04

展望

2012年类淋巴系统的概念首次被提出，在动物研究中得到证实。有证据表明人体中也存在类淋巴系统，目前仍有许多问题需要去探索，如类淋巴系统的发育形成机制、类淋巴系统的流体动力学、该系统与神经免疫之间的关系等。将有助于深入理解类淋巴系统的运作模式和生理作用，并基于其特性将类淋巴系统作为临床诊断和治疗的新靶点。

 

目前，研究发现类淋巴系统的清除功能减退出现在多种神经系统疾病中，临床常利用血液生化指标的变化反映颅内病理改变。需要注意的是，类淋巴系统受多种因素的影响，例如：创伤性脑损伤患者因进行密集的神经系统评估而致睡眠不足、或为缓解脑水肿进行了脑池切开术，上述因素都会影响类淋巴系统的功能。这些因素的存在可能导致血液中生物标志物检测的准确性降低，而使血液生化指标不能体现出CNS的一些病理改变。因此，未来在临床检查时，应将类淋巴系统的功能水平评估与生物学标志物测定结合，以提高血生化检验的准确性。

 

在类淋巴系统的调控中，AQP4发挥着重要作用。AQP4在星形胶质细胞上以OAPs形式存在，由M1和M23两种亚型构成，两者构成比率的变化会影响AQP4的空间构象和功能。在亨廷顿舞蹈病中M1与M23的相对比率上升，但在AD患者脑内呈现相反的变化趋势，因此引发了更多的思考。在不同CNS疾病中AQP4分子构成的变化趋势为什么存在差异？M1与M23相对比率的变化对AQP4的功能会产生什么影响？另外，CNS疾病中常出现AQP4在血管周围分布减少的现象，AQP4在细胞膜上定位的分子机制和疾病对其定位产生影响的具体机制是什么？这些问题都值得进一步探讨，有助于深入理解AQP4在类淋巴系统中的作用。更为重要的是，AQP4有望成为CNS疾病治疗的新靶点，可以通过改善AQP4的功能维持类淋巴系统的生理功能。

 

但是，类淋巴系统在不同疾病中发挥的作用大小可能不同，不可一概而论。此外，研究技术的发展不仅推动着类淋巴系统的研究进程，也为临床诊断提供了更多辅助检查手段。随着人体类淋巴系统研究的开展，磁共振联合鞘内注射造影剂、近红外光谱技术等技术得到应用，这些技术有待完善以提高其准确度和灵敏度，未来有希望应用于临床对疾病进行预测、诊断和预后的评估。

中国临床神经科学  2020年2月第28卷第1期

作者：卢鹤扬 冯一苇 崔梅（复旦大学附属华山医院神经内科）

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