研究發現人類頭顱細小渠道 推協助免病原入侵

最新刊於《自然神經科學》的研究發現,頭顱 (skull) 及腦部之間有一免疫系統專用的捷徑。

研究團隊在鼠隻及人類頭顱的觀察中發現有些細小渠道,而從鼠隻的頭顱發現這些渠道有機會是與腦部免疫能力有關的結構。

此前,科學家假設免疫系統與腦部中間有一特別神經「通道」以分開供血渠道及重要的腦神經,但是次發現顯示在接近腦部的顱骨免疫細胞就有一條便捷通道。

去年,已有研究團隊在鼠隻的顱骨 (cranium) 骨髓中發現有免疫細胞隱藏著。當腦部面對著受病毒感染或是腦部出現腫瘤時,這些免疫細胞會從這些捷徑移動到腦脊髓液 (cerebrospinal fluid) ;而是次發現除了發現捷徑的網絡之外,更重要的是發現這些捷徑並不是單程路——不單是免疫細胞可以移動到腦脊髓液,反之亦可。

  (Herisson et al., Nature Neuroscience, 2022)

是次團隊先將螢光顯影劑注射到鼠隻的腦脊髓液中,以便追蹤液體的活動路線,隨後再將可以觸發腦膜炎的細菌注射到鼠隻的腦內,細菌及脊髓液分別透過上述的捷徑渠道進入頭顱,繼而誘發免疫反應。在注射細菌一個小時之後,在頭顱骨髓裡面 99% 幹細胞都帶有相應的抗體。哈佛大學及麻省總醫院的免疫學專家 Matthias Nahrendorf 指出,團隊由此發現腦部在面對感染或發炎反應時可以向免疫細胞求救。他表示,在頭顱內的骨髓細胞有監察透過以上捷徑離開腦部的腦脊髓液是否受到感染。

一直以來,科學界都假設哺乳類的腦部健康,是由身體其他部位監察。然而在2018年,Nahrendorf 的團隊發現哺乳類動物頭顱中的骨髓,可透過顱骨中細小血管網絡直接連結到腦膜。自此,學界深信一直以來的研究都忽視了頭顱作為免疫監察的角色。同時,是次研究亦推翻了一直以來的假設:在團隊注射誘發腦膜炎的病原體後,並無在鼠隻的腿部骨髓中發現有關的抗體細胞,只有在頭顱的骨髓中找到。這證明在有病原入侵腦部時,腦神經部分的免疫細胞會率先作出反應。

作為頭顱第一防線的中性顆粒白血球 (neutrophils) 及單核白血球 (monocytes) 在注射細菌後數量有明顯增量。這些免疫細胞主要聚集在有骨脊髓液到的竇腔 (sinuses) 周圍。因此,有理由相信骨脊髓液能夠直接接觸到顱骨的骨髓,並且當中過的免疫細胞能夠因為脊髓液的指示而離開顱骨骨髓。

當然,是次發現都是建基於鼠隻上的研究,目前還沒有在人類身上重複實驗。透過微電腦掃描,是次團隊已經發現人類腦部中有著於鼠隻頭顱上相類似的細小渠道–約1.5微米直徑左右,連結頭顱骨到腦膜。不過,白血球及脊髓液是否會流過這些管道依然是未知知數。

團隊深信如果能釐清當中免疫反應的經過及始末,能夠協助處理部分腦神經相關的疾病,尤其是因為炎症而導致腦部免疫系統過度負擔時所產生的疾病,如:失智症、阿茲海默症(Alzheimer’s disease) 等都與炎症相關。但對於如何誘發,依然有賴團隊往後的深入研究。

來源:

Cassella, C. 2022, May 07. Tiny Channels Discovered Inside the Human Skull Could be Vital For the Brain. Science Alert. Retrieved from: https://www.sciencealert.com/there-are-tiny-channels-in-the-human-skull-that-could-be-crucial-to-brain-health 

報告:

Pulous, F.E., Cruz-Hernández, J.C., Yangm C.B. & et al. (2022). Cerebrospinal fluid can exit into the skull bone marrow and instruct cranial hematopoiesis in mice with bacterial meningitis. Nature Nueroscience 25, pages 567–576 (2022). doi: 10.1038/s41593-022-01060-2

文 / WL 、審核/AC

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