Cell | 脑膜淋巴管-小胶质细胞轴调控突触的生理功能

摘要：脑膜淋巴管位于硬脑膜中，主要负责将脑脊液及其中枢神经系统的代谢废物引流至深颈淋巴结【1】。研究表明，脑膜淋巴管功能障碍与多种神经退行性疾病相关，并会加重阿尔茨海默病、脑外伤和慢性压力等小鼠模型的行为缺陷。而增强脑膜淋巴管功能则能改善阿尔茨海默病和衰老等模型中的

撰文 | 染色体

脑膜淋巴管位于硬脑膜中，主要负责将脑脊液及其中枢神经系统的代谢废物引流至深颈淋巴结【1】。研究表明，脑膜淋巴管功能障碍与多种神经退行性疾病相关，并会加重阿尔茨海默病、脑外伤和慢性压力等小鼠模型的行为缺陷。而增强脑膜淋巴管功能则能改善阿尔茨海默病和衰老等模型中的认知障碍【2】。然而，脑膜淋巴管功能障碍引发行为变化的神经机制尚不明确。

近日，来自美国华盛顿大学脑免疫学和胶质细胞（BIG）中心的Jonathan Kipnis和Kyungdeok Kim共同在Cell上发表了文章Meningeal lymphatics-microglia axis regulates synaptic physiology（脑膜淋巴管-小胶质细胞轴调控突触生理功能）。研究发现，长期的脑膜淋巴管功能障碍会破坏大脑皮层的突触平衡，导致记忆缺陷，并通过小胶质细胞介导的IL-6信号通路影响抑制性突触的表型。恢复脑膜淋巴管功能可以逆转老年小鼠的突触和行为变化，揭示了IL-6依赖性机制在神经调控中的重要作用，并为治疗衰老相关的认知衰退提供了潜在的靶点。

大脑通过精细调控兴奋性和抑制性突触输入的平衡来实现神经计算，从而维持复杂的脑功能【3】。兴奋/抑制（E/I）信号失衡被认为是多种神经精神疾病的潜在原因，过度兴奋或抑制减弱与精神分裂症、自闭症和阿尔茨海默病等疾病相关。光遗传学研究表明，恢复E/I平衡能够逆转社交缺陷。此外，局部的兴奋性偏移可能削弱长程功能连接，进而影响整体神经计算【4】。

脑膜淋巴管功能障碍引发记忆损害

首先，研究人员通过外科手术结扎深颈淋巴结（dCLN）引流的脑膜淋巴管，探讨其对神经环路稳态和行为的影响。尽管术后 4 周颅内压没有显著变化，dCLN 结扎小鼠在新物体识别实验和水迷宫测试中表现出记忆缺陷，而运动能力、焦虑、社交和抑郁样行为则未受影响。电生理记录显示，dCLN 结扎导致内侧前额叶皮层（mPFC）II/III 层锥体神经元的微型抑制性突触后电流（mIPSC）频率下降约 20%，而兴奋性突触电流（mEPSC）没有变化。这一变化在海马 CA1 区也得到了验证。此外，抑制性突触蛋白（Gephyrin 和 VGAT）的表达降低，而兴奋性突触蛋白（PSD-95 和 vGlut1）的水平保持稳定。自发性抑制性突触电流（sIPSC）的频率和幅度都下降，兴奋性突触电流（sEPSC）则仅呈现出下降趋势。进一步实验表明，抑制性突触输入与兴奋性突触输入的比例减少了约 20%。免疫染色结果显示，抑制性神经元（如 GAD67+ 和 PV+ 细胞）的数量未发生变化，Pvalb+ 神经元的固有电生理特性也没有显著改变。因此，dCLN 结扎引发的突触 E/I 失衡主要是由于突触网络的变化，而非神经元数量或固有特性的改变。值得注意的是，表浅颈淋巴结（sCLN）结扎未引起类似的突触变化，进一步证明了 dCLN 相关的脑膜淋巴引流对突触稳态的重要性。

小胶质细胞在脑膜淋巴管功能障碍中的作用

接下来，研究人员通过基因剔除和 VEGF-C/D-trap 系统模拟脑膜淋巴管功能障碍，发现 VEGF-C/D-trap 小鼠表现出与 dCLN 结扎小鼠相似的行为和突触变化，包括新物体识别和水迷宫任务中的记忆障碍。电生理学分析显示，VEGF-C/D-trap 小鼠的抑制性突触电流（mIPSC）频率降低，而兴奋性突触电流（mEPSC）未见变化，突触输入失衡未改变小鼠的运动能力。进一步研究表明，小胶质细胞在脑膜淋巴管功能障碍引起的突触和行为变化中发挥了关键作用。通过使用 PLX5622 脱除小胶质细胞，dCLN 结扎小鼠的行为和突触异常得以完全恢复。此外，Csf1r-FIRE小鼠的实验结果也表明，小胶质细胞缺失后，dCLN 结扎不再引发突触频率的变化。单细胞测序分析显示，dCLN 结扎导致小胶质细胞的基因表达、形态和功能发生显著变化，特别是与吞噬作用和疾病相关的基因（如 Apoe 和 C1qa）的上调。形态学分析发现，小胶质细胞体积增加，并伴随溶酶体体积扩大，表明其在响应脑膜淋巴管功能障碍时发生了显著变化。

IL-6介导脑膜淋巴管功能障碍引发记忆损害

研究还进一步探讨了 IL-6 在脑膜淋巴管功能障碍引起的突触和行为变化中的作用。结果显示，dCLN 结扎小鼠的前额叶皮层（PFC）中Il6表达显著升高，而小胶质细胞在这一过程中发挥了关键作用。IL-6 的过度表达通过经典和转 IL-6 信号通路调节抑制性突触功能，IL-6 KO 小鼠表现出更高的 mIPSC 频率，并成功恢复了 dCLN 结扎引起的记忆缺陷。进一步研究发现，阻断转 IL-6 信号或条件性删除 IL-6Ra 可以缓解 dCLN 结扎小鼠的突触缺陷。急性 IL-6 处理表明，过度 IL-6 可能通过改变 GABA 受体的内化来抑制抑制性突触反应。此外，VEGF-C 处理可以恢复衰老小鼠的脑膜淋巴管功能，改善突触和行为缺陷，同时降低 IL-6 水平，进一步证明 IL-6 在衰老相关突触变化中的作用。总体而言，IL-6 通过其经典和转 IL-6 信号通路介导脑膜淋巴管功能障碍引发的突触失衡，并有望成为改善衰老相关认知衰退的治疗靶点。

综上所述，该研究揭示，脑膜淋巴管功能障碍通过 IL-6 信号通路降低抑制性突触传递，从而损害记忆。增强脑膜淋巴管功能可以逆转突触失衡和认知衰退，进一步揭示了小胶质细胞在这一过程中起到的关键作用。

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参考文献

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[2] Da Mesquita, S., Louveau, A., Vaccari, A., Smirnov, I., Cornelison, R.C., Kingsmore, K.M., Contarino, C., Onengut-Gumuscu, S., Farber, E., Raper, D., et al. (2018). Functional aspects of meningeal lymphatics in ageing and Alzheimer’s disease.Nature560, 185-191. https://doi.org/10.1038/s41586-018-0368-8.

[3] Lee, S.-H., Kwan, A.C., Zhang, S., Phoumthipphavong, V., Flannery, J.G., Masmanidis, S.C., Taniguchi, H., Huang, Z.J., Zhang, F., Boyden, E.S., et al. (2012). Activation of specific interneurons improves V1 feature selectivity and visual perception.Nature488, 379-383. https://doi.org/10.1038/nature11312.

[4] Markicevic, M., Fulcher, B.D., Lewis, C., Helmchen, F., Rudin, M., Zerbi, V., and Wenderoth, N. (2020). Cortical Excitation:Inhibition Imbalance Causes Abnormal Brain Network Dynamics as Observed in Neurodeve-lopmental Disorders.Cereb. Cortex30, 4922-4937. https://doi.org/10.1093/cercor/bhaa084.

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