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腦脊液（CSF）的流動對于傳遞大腦來源的大分子信號物質并使其從腦實質中排出至關重要。目前研究最清楚的腦脊液流動通路是膠淋巴通路，但它不允許較大的大分子通過。

基于此，2025年6月9日，華盛頓大學Antoine Drieu研究團隊在nature neuroscience雜志發表了“A route for cerebrospinal fluid flow through leptomeningeal arterial–venous overlaps enables macromolecule and fluid shunting”揭示了“一種通過軟腦膜動脈-靜脈重疊區域的腦脊液流動通路，使大分子和液體得以分流。”

在此，作者在小鼠中發現了一種替代通路：通過腦室內注射的大分子可以由動脈周圍空間穿越到靜脈周圍空間，這種轉移發生在軟腦膜血管（動靜脈）間隙相互重疊的部位，這些重疊區域分布在大腦軟腦膜表面。作者證明，通過腦室內注射的熒光示蹤劑可以通過這些動靜脈血管周圍間隙的重疊結構到達靜脈周圍空間。這些結構在淀粉樣變性病的小鼠模型中仍然具有功能，并且對于清除多余的腦脊液容積至關重要。這些解剖結構可能通過促進大腦來源的大分子排泄、多余液體的分流以及新生腦脊液的免疫監視，來支持大腦的正常功能。

圖一 軟腦膜重疊結構的鑒定與表征

通過已發表的小鼠腦脊液蛋白質組數據集，腦脊液中肽段的平均分子量為61.116 kDa。從理論上講，其中最大的這些肽段（如果以完整蛋白形式存在于腦脊液中）必須通過非膠淋巴通路進行引流，因為它們太大而無法穿過膠質界膜進入大腦實質。為了驗證這一假設，將直徑為0.5微米的熒光微球注射到野生型小鼠的延髓池（延髓池內注射），結果發現這些微球可以在全腦冠狀切片中被檢測到，但并未進入大腦實質，而是局限于軟腦膜空間；不過，這些微球出現在了硬腦膜中。這些發現表明，來源于腦脊液的大分子物質并非通過膠淋巴通路引流，而是通過另一種尚未明確的通路。由于腦脊液主要在位于軟腦膜中的大口徑動脈周圍的血管周圍間隙中流動，推測如果確實存在腦脊液流出的替代通路，那么它很可能存在于軟腦膜層面。有趣的是，觀察到一些軟腦膜血管交叉重疊的區域，例如大腦中動脈近端部分主要與尾側嗅靜脈分支發生重疊，而該動脈遠端部分則主要與上皮質靜脈分支重疊。在完整的軟腦膜組織中，動脈周圍和靜脈周圍間隙可通過其不同的細胞外基質成分加以區分：前者富含膠原蛋白VI（ERTR7標記），后者則富含膠原蛋白IV。此外，動脈周圍間隙同時表達ALDH1A2（醛脫氫酶1家族成員A2）和CRABP2（細胞視黃酸結合蛋白2），這兩個標志物由形成軟腦膜的軟腦膜-蛛網膜成纖維細胞所表達。電子顯微鏡分析進一步證實，軟腦膜動脈和靜脈均具有由軟腦膜-蛛網膜成纖維細胞形成的血管周圍間隙。有趣的是，動脈周圍和靜脈周圍間隙均不表達水通道蛋白4（AQP4），這是一種星形膠質細胞足突的標志物，通常存在于腦實質內血管周圍的間隙中。大腦的血液供應主要來自頸動脈和椎動脈，而血液則通過后毛細血管小靜脈流入小靜脈，最終匯入硬腦膜竇。軟腦膜吻合支是一種特殊的神經解剖結構，它直接連接軟腦膜動脈，從而在某一腦區突然失去供血時（如中風情況下）提供持續的血液交換通路。為了測試觀察到的軟腦膜動靜脈重疊是否允許血液在動靜脈之間直接交換，作者通過靜脈向小鼠體內注射了70 kDa的異硫氰酸熒光素標記的葡聚糖，這是一種不能穿過血腦屏障的大分子示蹤劑。結果顯示，在這些重疊部位，并未觀察到動脈與靜脈之間的血液直接交換。

圖二 軟腦膜動脈周圍和靜脈周圍間隙在重疊部位直接相通

作者接下來在延髓池內注射熒光微球，并在1小時后分析大腦表面的情況。利用體外立體顯微鏡，確實觀察到注射的熒光微球在動脈周圍、靜脈周圍以及重疊區域中聚集。微球似乎在重疊區域的遠端部分進入靜脈周圍空間，這表明它們已經從動脈周圍空間通過重疊的血管周圍空間轉移到了相交的靜脈周圍空間。為確認這一發現，開發了一種共聚焦顯微鏡技術用于對整個軟腦膜半球進行成像。共聚焦圖像進一步證實，熒光微球嚴格分布在動脈和靜脈的血管周圍水平，盡管大部分微球仍聚集在動脈周圍空間。這些微球被限制在凝集素陽性血管和ERTR7陽性軟腦膜層之間，很少出現在軟腦膜間質空間層面。高倍圖像顯示，在相同血管直徑下，動脈周圍空間比靜脈周圍空間更大，這可以解釋為何在靜脈周圍空間檢測到的微球較少。為了在活體中研究這一現象，作者使用了4周齡的小鼠，這種小鼠無需開顱即可直接觀察軟腦膜血管。這些小鼠接受了延髓池內注射熒光微球，并在體視顯微鏡下進行活體成像。通過該技術，發現微球首先到達動脈周圍空間，隨后進入軟腦膜重疊部位的血管周圍空間，最后進入上皮質靜脈的靜脈周圍空間。不僅熒光微球如此，其他具有更接近生物相關分子量的示蹤劑（如卵白蛋白OVA）也能通過軟腦膜重疊結構從動脈周圍空間轉移至靜脈周圍空間；不過，OVA還在軟腦膜表面發生了徑向擴散。為排除軟腦膜重疊結構僅存在于C57BL/6J小鼠品系的可能性，還研究了BALB/c小鼠，后者已知存在血管異常，例如缺乏軟腦膜吻合支。作者首先比較了BALB/c小鼠與C57BL/6J小鼠的腦脊液流動動力學，未發現兩者之間存在差異。在BALB/c小鼠中同樣觀察到了軟腦膜動脈與靜脈的重疊結構，且延髓池內注射的微球同樣出現在其動脈周圍和靜脈周圍空間中。目前的研究結果提示存在一種位于軟腦膜中的連續血管周圍網絡，它參與腦脊液來源的大分子的引流，并可能支持多余液體的分流、新生腦脊液的排出以及免疫監視功能。

圖三 軟腦膜重疊結構在腦脊液容積增加時促進腦脊液的分流

腦脊液容積的變化是多種腦部疾病（如神經退行性疾病、中風和腦積水）以及正常衰老過程中常見的現象，尤其與腦萎縮和顱內壓改變有關。為了模擬腦脊液容積變化的情況，作者以不同的流速和體積向延髓池注射微球：一組為低流速和低容積（低流量組；1?μl/min），另一組為高流速和高容積（高流量組；10?μl/min）。通過活體記錄發現，與低流量組相比，高流量組中向靜脈周圍空間的分流明顯增強。在注射微球1小時后對微球分布范圍的測量顯示，在高流量組小鼠的動脈周圍空間中微球積累更為顯著。值得注意的是，與低流量組相比，高流量組小鼠的靜脈周圍空間中也出現了大量微球積累，表明分流作用顯著增強。通過宏觀成像技術對整個大腦半球進行分析并結合共聚焦顯微鏡觀察軟腦膜全層結構，進一步驗證了這些活體觀察結果。這些數據表明，軟腦膜重疊結構參與了多余腦脊液的分流過程，可能作為一種保護機制發揮作用。在高流量組中不僅觀察到軟腦膜中有更多的微球攝取，在腦實質本身也發現了微球攝取增加的現象。

總結

總之，在本研究中，作者證明了軟腦膜動靜脈重疊結構在小鼠和人腦中均廣泛存在。展示了在這些重疊部位，腦脊液及其溶解的物質從動脈周圍空間向靜脈周圍空間發生了顯著的分流。有趣的是，發現即便在淀粉樣變性病小鼠模型中，這些重疊結構仍然具備功能，盡管此時軟腦膜腦脊液流動和向硬腦膜的引流已受損。最終揭示了這些重疊結構的一項重要功能：在腦脊液容積增加的情況下，它們能夠促進腦脊液直接向引流部位的分流。相反地，當出現腦水腫時，這些重疊結構的功能會受損，這可能加劇以腦腫脹為病理特征的疾病中的繼發性損傷。

文章來源

https://doi.org/10.1038/s41593-025-01977-4