2　接触脑脊液神经核的发现及其研究进展

脑-脑脊液之间存在脑-脑脊液屏障是普遍公认的事实。尽管有学者对该屏障的完整性存在争议,但脑实质细胞外液与脑脊液在成分上的不同足以说明脑-脑脊液是彼此隔开的。那么,脑-脑脊液之间是否存在物质运转、功能调控或信息传递的特殊结构呢?这始终是一个悬而未决的科学问题。

早在1871年,Landolt利用银染技术观察到两栖动物视网膜中一些双极神经元的突起可伸到视叶脑室内的脑脊液中,这是最早关于接触脑脊液类型神经元的记载。20世纪初,Agduhr等发现有神经元突起伸入第三脑室和脊髓中央管。1969年,在观察到室旁器官有类似神经元的突起伸入到脑脊液后,Vigh-B等将它们称为“接触脑脊液神经元”(cerebrospinal fluid contacting-neuron,CSF-CN),简称触液神经元。随后,又陆续有学者在不同种属动物的侧脑室,室周器官等脑室系统中发现有接触脑脊液神经元,Vigh-B等将以上发现的各类接触脑脊液神经元统称为脑内接触脑脊液神经元系统(CSF-contacting neuronal system of the brain)。不难看出,既往人们观察到的这些神经结构多为胞体位于室管膜上或室管膜内(下)的“近位触液神经元”。由于它们紧邻脑室壁,易于观察,因此已有较为深入的研究。

但在远离脑室系统的脑实质内是否存在“远位接触脑脊液神经元”?由于方法学的限制,缺乏特异性标记物,无法将其与脑内其他非触液神经元区别开来,一直没有确切的结论。虽然有学者用神经追踪剂HRP或放射自显影的方法试图标记脑实质内的触液神经元,但由于这些标记物多可自由通过脑脊液-脑屏障而弥散入脑实质,非触液结构也同时被标记,其结果难以获得认可。

一、接触脑脊液神经元特异性标记方法的突破

1992年,我们课题组将用于外周的神经追踪剂CBHRP注入脑室内,结果发现:CB-HRP只能在脑室系统内运行,不会自行通过脑脊液-脑屏障渗入到脑实质中,这就意味着脑内的非接触脑脊液神经结构不会被其标记。然而我们在脑实质的特定部位却恒定发现有大量被CB-HRP清晰标记的神经元存在。尽管这些神经元的胞体位于脑实质,不难确定只有它们的突起伸在脑脊液中才能被标记。显而易见,这些神经元无疑是胞体远离脑室壁而突起伸入脑脊液的远位触液神经元。这一特异性标记方法学的突破为揭示接触脑脊液神经元系统在脑内的定位分布及在体研究触液神经元的生物学特性奠定了科学可靠的技术基础。

二、接触脑脊液神经核的发现与命名

20多年来,我们课题组运用上述方法一再证实,脑实质内的接触脑脊液神经元恒定存在于特定的脑段,始终聚集成簇,占据一定的空间体积,与周围其他神经元有明显的分界,神经元的形态、大小显著区别于与其毗邻的非触液结构。完全符合“在中枢神经系统内功能相同的神经元胞体聚集在一起形成的细胞体集团,称为神经核”的命名条件。因此我们在国际上首次将其命名为“接触脑脊液神经核(cerebrospinal fluid contacting-nucleus)”,简称“触液核(CSF-contacting nucleus)”。与此同时,我们将CB-HRP追踪与光、电镜技术相结合,不仅明确了脑内远位触液神经元的分布规律,也对近位触液神经元的分布特点提供了更为确定的结论。

三、触液核神经元参与神经-体液双向调节的形态学证据

脑内存在接触脑脊液神经核这一结论已经明确。但该核内的触液神经元是否具备在脑-脑脊液、脑-脑血管之间即神经-体液之间进行物质运转、功能调控或信息传导的结构基础仍需要证实。为此,我们运用CB-HRP特异性标记触液核神经元与光电镜相结合的观察方法,对触液核内的触液神经元与脑实质内非触液结构以及脑脊液的联系进行了研究,结果表明:触液核神经元不仅有突起直接伸入到脑脊液,而且与脑实质的非触液结构(其他神经元、胶质细胞、脑血管)具有广泛的突触与非突触联系(与脑血管)。既有树突-树突,树突-轴突以及树突-轴突-轴突(交互型突触)的方式与脑内非触液神经元形成突触联系,也有根据Gray(1959)区分的GrayⅠ型兴奋型突触(突触间隙较宽)和GrayⅡ型(突触间隙较窄)抑制型突触。这些结果强烈提示触液核神经元在脑与脑脊液之间发挥着双向信息传递作用的结构基础。除此以外,我们还发现,触液核神经元不仅具有一般神经元的形态及其全部亚细胞器结构,更为重要的是,在高尔基复合体的trans面和溶酶体存在狭窄的管状结构。在形态上非常类似于Novikof提出的神经元的GERL结构。60年代初,Novikoff发现在高尔基复合体的trans面富含酸性磷酸酶,形成一个独立的区域,称这种结构为GERL(Golgiapparatusendoplasmicretieulum—lysosomes),并且提出GERL在细胞分泌过程中发挥重要作用,与分泌颗粒的形成密切相关。在许多分泌细胞,分泌的物质通过GERL包裹形成颗粒。我们认为触液神经元高尔基复合体的trans面有可能是触液神经元摄取脑脊液中物质的直接接受器,并且很可能是其内吞物质进入分泌通路的位点,同时也说明触液神经元不仅具有强大的摄取、转运功能,还可能具有分泌功能,这一发现无疑也丰富了触液核在脑与脑脊液之间发挥双向信息传递的论述,即触液核可以摄取脑脊液内物质,将感受到的脑脊液内信息变化传递到脑内,同时接受脑实质内的信号输入,将其传入脑脊液,介导脑脊液内微环境的改变。我们在脑内毛细血管周围也见到了CBHRP标记的触液核神经元的神经末梢,并且在部分脑血管内发现了CB-HRP沉淀物,所以,触液核神经元与脑血管也可能存在结构联系,它甚至还有可能摄取脑脊液内的物质向脑血管释放或摄取脑血管内的物质向脑脊液内释放,从而建立起脑室系统与脑血管之间的物质交换关系。

四、接触脑脊液神经核的物质分布

尽管触液核神经元具备在脑-脑脊液、脑-脑血管之间即神经-体液之间进行物质运转、功能调控或信息传导的结构基础已经获得了明确的答案,但它们在神经-体液之间进行何种物质运转、参与何种功能调控乃至传递何种生物信息仍缺乏明确的科学证据。根据任何功能必然有其相应物质基础基本科学原理,我们运用CB-HRP或CB追踪定位触液核神经元与免疫组织化学、免疫荧光相结合的双重标记技术,对其在生理状况下触液核内的物质分布进行了研究。迄今我们已经确认了5-HT、GABA、SP、ADM等神经递质和调质,Na(x)、BKca-α、TRPM8、TRPV1、TRPC6、ASIC3、5-HT1AR、CRLR等 离 子 通 道 和 受 体,ERK1/2、ERK5、p38MAPK、MKP-1、mTOR、Wnt5a、CREB等胞内外信号转导蛋白以及nNOS、drebrin等物质在触液核神经元的分布。了解这些物质(递质、受体、离子通道等)在触液核的分布,对进一步探讨触液核的生物学功能无疑具有重要的提示作用。

五、接触脑脊液神经核功能的初步探索

我们通过制作各种疼痛、吗啡戒断与依赖、噪声应激、抑郁、慢性束缚应激、瘙痒等经典的动物模型,观察了在上述生命活动中触液核内各种物质表达的变化及其与相应行为学的关系。结果发现在吗啡依赖与戒断状态下,触液核上的nNOS、SP、TRPC6、ERK5、CREB等物质发生了显著的改变。在坐骨神经结扎(CCI)所诱导的神经病理性疼痛条件下,触液核以及脑脊液中的5-HT1AR、TRPV1、HCN2、Drebrin、ERK5、Wnt5a等物质也发生了规律性的量变,并与动物痛行为的改变呈现明显的相关性。当经侧脑室注入上述物质相应的拮抗剂,不仅减少触液核上该物质的表达,而且减轻了动物的痛行为。这些研究初步提示触液核可能通过神经-体液两个途径参与上述生命活动的调控。

六、结语与展望

临床上通过检测脑脊液样本的物质变化来诊断许多疾病,而向蛛网膜下隙的脑脊液中注射相应的药物可以用来实施麻醉或治疗各种全身性的疾病。接触脑脊液神经核的发现不仅为解释特殊生理或病理状态下脑脊液物质为什么会变化提供以往不为所知的物质基础,而且为通过脑脊液途径施加特定因素能发挥全身性的作用提供了更加明确的形态学依据。

触液核神经元的胞体位于脑实质,而突起伸入脑脊液内,是脑内迄今仅见的既与脑内非触液结构存在突触和非突触联系,又与脑脊液直接接触的神经核团。基于触液核的特殊位置关系及其双向信息传递的结构基础,我们有理由推测该神经核在神经及体液两大调节中均发挥着重要的作用,甚至是沟通神经与体液调节的枢纽型结构,在整个生命活动中都扮演极其重要的角色。由此可见,要真正揭开触液核的功能奥秘还有很长的路要走。

(丁豪　宋思源　张晴晴　周芳　刘鹤　张励才)

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