1.汕頭大學(xué)醫(yī)學(xué)院第二附屬醫(yī)院放射科 (廣東 汕頭 515000)

2.汕頭市中心醫(yī)院放射科 (廣東 汕頭 515000)

3.廣東藥科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科 (廣東 廣州 510000)

徐 亮1,# 陳源鋒2 賈巖龍1 林佳特3 丘金銘1 吳仁華1,*

在顱外器官及組織中，淋巴系統(tǒng)起到清除異物、啟動免疫應(yīng)答等重要作用。傳統(tǒng)解剖學(xué)觀點(diǎn)認(rèn)為中樞神經(jīng)系統(tǒng)并不存在包含內(nèi)皮結(jié)構(gòu)的淋巴管道。因此，針對有關(guān)顱腦代謝產(chǎn)物是通過何種途徑進(jìn)入循環(huán)這一問題，長期以來一直備受討論。筆者現(xiàn)從以下幾個方面闡述類淋巴系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)和相關(guān)研究進(jìn)展。

1 類淋巴系統(tǒng)

1.1 類淋巴系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)與構(gòu)成 2012年，Iliff等[1]將熒光示蹤劑注射到小鼠小腦延髓池中，借助雙光子激光掃描顯微鏡實(shí)時觀測，發(fā)現(xiàn)蛛網(wǎng)膜下腔內(nèi)的腦脊液沿動脈旁間隙進(jìn)入腦實(shí)質(zhì)，同時腦實(shí)質(zhì)液體沿靜脈旁間隙流出，進(jìn)一步敲除小鼠水通道蛋白4(Aquaporin 4，AQP4)基因模型發(fā)現(xiàn)上述液體的流動速率顯著減弱，示蹤劑的清除效率減少了70%。隨后，Iliff等[1]又將可溶性β淀粉樣蛋白(β-amyloid，Aβ)注入小鼠紋狀體，發(fā)現(xiàn)Aβ可從上述血管間隙途徑清除。這與外周淋巴系統(tǒng)具有相似功能，故將此命名為類淋巴系統(tǒng)，其工作模式見圖1[2]。

腦脊液(cerebrospinal fluid，CSF)沿大腦表面動脈及穿支小動脈走行的血管周圍間隙經(jīng)星形膠質(zhì)細(xì)胞終足上的AQP4介導(dǎo)流入腦實(shí)質(zhì)，隨后在腦實(shí)質(zhì)內(nèi)CSF與組織液(interstitial fluid，ISF)進(jìn)行交換營養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物，最后以整體流的形式運(yùn)輸至靜脈的血管周圍間隙并流出大腦。以往研究證明，類淋巴系統(tǒng)可選擇性地從中樞神經(jīng)系統(tǒng)中清除某些代謝產(chǎn)物，如可溶性Aβ、tau蛋白、乳酸等，這可能與星形膠質(zhì)細(xì)胞終足間隙大小約20nm有關(guān)。同時，類淋巴系統(tǒng)還能運(yùn)輸載脂蛋白E脂質(zhì)等[3]。

1.2 類淋巴系統(tǒng)的功能調(diào)節(jié) 類淋巴通路功能的生理調(diào)節(jié)受多方面的因素影響。從蛛網(wǎng)膜脈絡(luò)叢不斷產(chǎn)生的CSF的單向流動是類淋巴系統(tǒng)的重要影響因素。這種單向流動促使CSFISF完成交換并借此清除腦代謝廢物如可溶性蛋白Aβ等[3]。Iliff等[4]結(jié)扎鼠單側(cè)頸內(nèi)動脈，抑制與心臟周期相關(guān)的皮質(zhì)穿透動脈的搏動，導(dǎo)致淋巴CSF示蹤劑流入腦組織受損。相反，給予小鼠多巴酚丁胺時，發(fā)現(xiàn)穿透動脈搏動指數(shù)增加并且腦脊液示蹤劑進(jìn)入大腦的速率明顯增加。借助超快磁共振技術(shù)，Kiviniemi等[5]發(fā)現(xiàn)心臟周期相關(guān)的脈動性負(fù)責(zé)將動脈周圍CSF從Willis環(huán)離心推向皮質(zhì)背側(cè)表面，這項(xiàng)研究還確定了呼吸周期相關(guān)的脈動性使得靜脈周圍CSF向心性運(yùn)動，以及與極低頻率血管運(yùn)動振蕩相關(guān)的流體動力學(xué)。Kyrtsos等[6]研究發(fā)現(xiàn)，動脈管壁硬化使得腦實(shí)質(zhì)內(nèi)CSF-ISF的交換顯著減少，而心率增高可減少腦實(shí)質(zhì)內(nèi)Aβ沉積。Ju等[7]發(fā)現(xiàn)阻塞性睡眠呼吸暫停綜合癥患者CSF中的Aβ水平較正常人下降。

綜上，類淋巴系統(tǒng)的功能受到多種生理因素調(diào)節(jié)，這些生理因素的功能減退均會影響類淋巴系統(tǒng)CSF-ISF完成液體交換及代謝廢物清除，從而參與了各種中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的發(fā)生。

2 類淋巴系統(tǒng)與中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的關(guān)系

往期研究表明，類淋巴系統(tǒng)與以下疾病包括但不限于阿爾茲海默病(alzheimer's Disease，AD)、帕金森、小血管疾病、糖尿病、創(chuàng)傷性腦損傷和中風(fēng)有關(guān)[2]。AD是由tau和Aβ蛋白沉積、積累引起，Aβ異常折疊及tau蛋白的異常磷酸化使它們以斑塊的形式聚集在大腦神經(jīng)元的神經(jīng)根和突觸周圍，導(dǎo)致神經(jīng)傳導(dǎo)減慢和神經(jīng)毒性最終引發(fā)學(xué)習(xí)、記憶功能不可逆性減退[8]。類淋巴系統(tǒng)的損傷可能是這些廢物沉積在神經(jīng)元的主要原因之一。Peng等[9]發(fā)現(xiàn)老年AD小鼠的CSF流入大腦的容量明顯減少，ISF的清除效率降低及明顯的Aβ沉積，揭示了類淋巴系統(tǒng)功能受到抑制。創(chuàng)傷性腦損傷會誘導(dǎo)軸突損傷，導(dǎo)致tau蛋白異常釋放到腦ISF、CSF中，從而顯著影響類淋巴系統(tǒng)功能的運(yùn)作[10]。急性缺血性中風(fēng)和蛛網(wǎng)膜下腔出血亦會嚴(yán)重?fù)p害類淋巴系統(tǒng)功能[11]，Gaberel等[12]用對比增強(qiáng)MRI在鼠缺血性中風(fēng)模型和蛛網(wǎng)膜下腔出血模型中證實(shí)了以上結(jié)論。Raz等[13]用碘對比劑CT掃描發(fā)現(xiàn)血栓摘除術(shù)中出現(xiàn)了碘對比劑外滲，并且有較多殘留于腦實(shí)質(zhì)中，這表明急性缺血性腦卒中極大影響了類淋巴系統(tǒng)的功能。受篇幅限制，類淋巴系統(tǒng)與中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病相關(guān)性本文將不一一詳述。

上述表明，類淋巴系統(tǒng)與諸多中樞系統(tǒng)疾病相關(guān)，但其功能的障礙究竟是諸多神經(jīng)系統(tǒng)疾病的原因還是結(jié)果亦或兩者互為因果，仍是亟待解決的問題。

3 MRI在腦類淋巴系統(tǒng)的研究進(jìn)展

以往研究類淋巴系統(tǒng)的經(jīng)典技術(shù)是光學(xué)成像技術(shù)，尤其是雙光子顯微技術(shù)(two-photon microscopy)，這一技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是具有相對出色的空間分辨率，但是受限于其低穿透深度，使得雙光子顯微技術(shù)僅適用于對大腦皮層小區(qū)域成像。由于該局限性，研究人員越來越多地應(yīng)用MRI研究類淋巴系統(tǒng)。隨著磁共振成像技術(shù)的迅猛發(fā)展，MRI空間分辨率相應(yīng)提高，除了使用造影劑外，MRI圖像的對比度可以很容易被諸多成像序列和不同參數(shù)改變。此外，不同的磁共振成像方法可以捕捉淋巴系統(tǒng)的不同信息從而提供了多個圖像多種信息。最為重要的是，MRI非侵入性的特點(diǎn)對人體和動物的影響是目前現(xiàn)代醫(yī)學(xué)檢查技術(shù)手段中最小的，因此最為適合用于人體研究。最近Taoka等[14]總結(jié)了目前用于類淋巴系統(tǒng)的MRI技術(shù)，如圖2所示。

2013年，Iliff 等[15]給大鼠鞘內(nèi)注射順磁性造影劑后，用動態(tài)對比增強(qiáng)磁共振成像(dynamic contrast- enhanced MRI，DCE-MRI)觀察大鼠腦內(nèi)CSF-ISF的交換，使得動脈旁腦脊液流入得以可視化并發(fā)現(xiàn)分子大小依賴的CSF-ISF交換。同時，得益于MRI的實(shí)時全腦成像技術(shù)，垂體和松果體凹部的兩個關(guān)鍵內(nèi)流節(jié)點(diǎn)也得以被發(fā)現(xiàn)。此外，可利用DCE-MRI定義一些簡單的流體動力學(xué)參數(shù)表征CSF-ISF的交換。Absinta等[16]在2017年利用釓布醇(gadobutrol)和釓磷維塞(gadofosveset)兩種釓基造影劑的不同化學(xué)性質(zhì)，采用高分辨率3D頭顱T1-MPRAGE序列(magnetization prepared rapid acquisition of gradient echoes)、有限T2-FLAIR(limited T2-weighted fluid attenuation inversion recovery)、T1黑血技術(shù)及T1-SPACE序列和病理學(xué)證實(shí)了人和靈長類動物硬腦膜內(nèi)淋巴管的存在。這為對腦膜淋巴管非侵入性的研究提供了可能性。

圖1 類淋巴系統(tǒng)工作模式[2]。periarterial space：動脈周圍間隙；perivenous space：靜脈周圍間隙；AQP4：水通道蛋白4；astrocyte：星形膠質(zhì)細(xì)胞；astrocyte foot：星形膠質(zhì)細(xì)胞終足；periarterial influx：動脈流入；perivenous efflux：靜脈流出。

圖2 評估淋巴系統(tǒng)/神經(jīng)流體動力學(xué)的MRI方法[13]。ASL：動脈自旋標(biāo)記；DCE：動態(tài)對比增強(qiáng)；DSC：動態(tài)磁化率對比；GBCA：基于釓的造影劑；IVIM：體素內(nèi)非相干運(yùn)動；SLIP：空間標(biāo)記反轉(zhuǎn)脈沖；4D：四維。

Gaberel等[12]給小鼠枕大池注射DOTA-Gd后，用DCE-MRI發(fā)現(xiàn)在蛛網(wǎng)膜下腔出血及缺血性腦卒中模型中，病變部位的動脈流入途徑被阻斷，說明小鼠類淋巴系統(tǒng)的功能受到嚴(yán)重影響。2020年Mestre等[17]利用3D快速成像、DCE-MRI、DWI、腦脊液池成像等多種MRI成像技術(shù)輔以雙光子成像技術(shù)證實(shí)了中風(fēng)后早期腦水腫是由于缺血性擴(kuò)散性去極化及缺血血管收縮引起，這些導(dǎo)致了血管周圍間隙明顯增大，相比健側(cè)，血管周圍腦脊液流入速度增加了一倍，揭示了類淋巴系統(tǒng)血管周圍間隙內(nèi)的CSF快速流入是中風(fēng)后早期腦水腫主要來源，這一重大發(fā)現(xiàn)完善并修正了以往腦水腫發(fā)展的概念，為后續(xù)臨床治療提供了新思路。

大腦中血管周圍間隙(virchow-robin space，VRS)是類淋巴系統(tǒng)的重要組成，且在常規(guī)MRI圖像可以清晰顯示。Liu等[18]最近用3.0T常規(guī)序列對32名特發(fā)性癲癇進(jìn)行掃描分析，發(fā)現(xiàn)特發(fā)性癲癇組的VRS數(shù)量和體積明顯高于正常對照組，并且發(fā)作持續(xù)時間和可見VRS計(jì)數(shù)以及體積呈顯著正相關(guān)。Niazi等[19]對14名輕度認(rèn)知障礙患者(mild cognitive impairment)進(jìn)行3T-T2WI檢查，再運(yùn)用由Matlab設(shè)計(jì)的定制定量程序自動識別腦MR圖像中擴(kuò)大的血管周圍間隙，發(fā)現(xiàn)相對于正常對照組，MCI患者的VRS顯著增大，密度增大。因此，血管周圍間隙在類淋巴系統(tǒng)中起到重要作用，與腦內(nèi)各類疾病均有關(guān)聯(lián)，提示這可能是一項(xiàng)行之有效的分子影像標(biāo)志物切入點(diǎn)。

雖然MRI在研究類淋巴系統(tǒng)特別是無創(chuàng)性評估全腦功能方面顯示出巨大的潛力，但如何運(yùn)用正確的數(shù)學(xué)模擬類淋巴系統(tǒng)仍是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。目前常見的數(shù)學(xué)建模有多室動力學(xué)框架模型[20]、最優(yōu)質(zhì)量傳輸框架模型[21]以及利用DTI外流信息建模的模型[22]。這些模型均有其局限性還需要更多的工作繼續(xù)彌補(bǔ)完善。

4 創(chuàng)新型MRI技術(shù)的應(yīng)用

化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移(chemical exchange saturation transfer，CEST)磁共振成像提供了一種依靠氫質(zhì)子交換間接測量低濃度物質(zhì)和微環(huán)境性質(zhì)的對比機(jī)制[23]?？山粨Q氫質(zhì)子的化合物經(jīng)飽和脈沖作用下達(dá)到飽和狀態(tài)，飽和的可交換氫質(zhì)子經(jīng)化學(xué)交換轉(zhuǎn)移到自由水池，導(dǎo)致自由水信號降低，通過檢測自由水信號的變化，間接獲取具有可交換質(zhì)子的溶質(zhì)信息(即信號變化)。CEST的特點(diǎn)是使用了內(nèi)源性標(biāo)記物，無需注射外源性造影劑即可產(chǎn)生對比效果。不同于MRS，CEST技術(shù)可檢測的化合物濃度遠(yuǎn)低于MRS，僅需要微摩爾級別的物質(zhì)濃度便能夠有效成像。這項(xiàng)新興的潛在核磁共振技術(shù)可以用于人體的諸多成像，以檢測機(jī)體體溫、pH、酶活性和代謝物含量(葡萄糖、谷氨酸、肌酸、肌醇)[24]。Donahue等[25]借助酰胺質(zhì)子(amide proton transfer，APT)化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移及MRI技術(shù)觀察乳腺癌患者的淋巴水腫情況，并對間質(zhì)蛋白進(jìn)行定量，發(fā)現(xiàn)MRI技術(shù)和CEST技術(shù)均可有效評估乳腺癌患者的淋巴功能障礙，且CEST技術(shù)更加顯著。Chen等[26]取活體豬淋巴液發(fā)現(xiàn)其在1.0ppm處相對自由水約有32% CEST效應(yīng)，后對SD大鼠采取頸深淋巴結(jié)結(jié)扎處理，發(fā)現(xiàn)術(shù)后隨著時間的延長，腦實(shí)質(zhì)中淋巴液CEST(Lymph-CEST)效應(yīng)逐漸增強(qiáng)，并與其行為學(xué)改變具有一致性。Lym-CEST技術(shù)可以可視化淋巴中存在的各種免疫系統(tǒng)內(nèi)容物，如脂質(zhì)、淀粉樣β蛋白等，這些均是目前可用的臨床磁共振序列無法測及的，這使得它對于探索類淋巴系統(tǒng)在疾病發(fā)病機(jī)制中的作用具有巨大的臨床潛力。

5 結(jié)論與展望

類淋巴系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)是神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的一次重大發(fā)現(xiàn)。發(fā)展至今，MRI相關(guān)技術(shù)具有傳統(tǒng)光學(xué)顯微成像所不具備的優(yōu)點(diǎn)，成為新一代類淋巴系統(tǒng)應(yīng)用研究的主力軍。筆者著重羅列了核磁共振成像相關(guān)技術(shù)在類淋巴系統(tǒng)中相關(guān)研究的貢獻(xiàn)，這些研究均顯示出類淋巴系統(tǒng)在眾多腦部疾病發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，但類淋巴系統(tǒng)功能障礙是諸多神經(jīng)系統(tǒng)疾病發(fā)病的原因還是結(jié)果亦或兩者互為因果，仍是后續(xù)醫(yī)學(xué)工作和研究者們待解決的主要問題。與此同時，類淋巴系統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模尚需相當(dāng)程度的工作。相信假以時日，隨著未來一層層相關(guān)奧秘的揭開，這些長期困擾人類的疑難疾病將逐步迎刃而解。

致謝

徐 亮：本文初稿的主要書寫者及進(jìn)度統(tǒng)籌人；陳源鋒：本文的指導(dǎo)者，承擔(dān)部分資料的收集，文章初次校稿人；賈巖龍：部分資料的收集，文章初次校稿人；林佳特：部分資料的收集，文章前言及背景書寫者；丘金銘：部分資料的收集，文章初稿最后校對；吳仁華：文章的指導(dǎo)者，文章終稿的審閱人；基金支持者。

本綜述的順利完成，離不開導(dǎo)師吳仁華教授和課題組各位師兄師姐的細(xì)細(xì)指導(dǎo)，因此在此忠心感謝吳仁華教授及陳源鋒等師兄師姐的耐心指導(dǎo)與幫忙！特別感謝在最終校稿時，吳仁華教授及陳源鋒、丘金銘三維對本論文的認(rèn)真核對和錯誤指出。同時，特別感謝中國CT和MRI編輯部人員的認(rèn)真負(fù)責(zé)、高效率的校稿及對問題的耐心解答！最后，感謝國家自然基金(82020108016)及國家自然基金(31870981)提供的支持！