AD非药物治疗的最新概述:利用胶质和脑膜淋巴系统作为阿尔茨海默病的治疗策略
痴呆是老年人依赖的最大因素。60岁以上人群的患病率为5-7%，人口老龄化日益严重，预计到2030年将有超过6500万人患有痴呆。阿尔茨海默病（Alzheimer's disease， AD）是最普遍的痴呆类型，估计终生患病率为3%-4%。其特征是β淀粉样蛋白（Aβ）和tau蛋白的异常表达，它们在积累时聚集并形成毒性淀粉样斑块和神经原纤维缠结。
胶质和脑膜淋巴系统与几种化合物的清除有关，包括脑乳酸、Aβ和tau蛋白以及与急性创伤性脑损伤相关的生物标志物。此外，与AD相关的强危险因素，如衰老、神经血管损伤和睡眠障碍，与胶质淋巴和/或脑膜淋巴活动减少有关。另一方面，营养补充、无创脑刺激、中药和体育锻炼等治疗策略可以增加胶质淋巴和/或脑膜淋巴活动。基于此，小编将转述综述中讨论胶质淋巴和脑膜淋巴系统作为AD病理生理学的新机制及潜在的非药物治疗干预措施。
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胶质淋巴系统
体外和体内关于脑脊液-间质液交换动力学的实验都表明，胶质淋巴系统由三个主要解剖区域组成：动脉周围间隙、脑实质和静脉周围间隙，而脑膜淋巴系统在这里被讨论为颅外废物引流的主要途径之一。如图1所示，脑脊液从蛛网膜下腔流入动脉周围腔（也称为Virchow-Robin腔），在星形胶质细胞末端极化AQP4的辅助下进入脑实质，与间质液混合。在麻醉动物枕大池内注射示踪剂后，脑脊液淋巴流入的动力学可快至5min， 这表明存在快速交换动力学。有趣的是，脑脊液胶质淋巴流入在腹侧脑表面比背侧更明显。
图1：用于中枢溶质清除的胶质和脑膜淋巴通路及其主要成分
穿支动脉周围的血管旁间隙可能比血管横截面积大1.4倍，并位于神经血管单元的其他组成部分之间。在其内侧，动脉周围间隙受到血管内皮细胞下方形成的基底膜和覆盖血管内皮的周细胞的限制，而外侧则受到与软脑膜限制，相邻的实质基底膜的限制。动脉周围间隙的这种外部区域在很大程度上被星形胶质细胞突出部分（即星形胶质细胞终足）覆盖。脑脊液从蛛网膜下腔流向动脉周围间隙并沿动脉周围间隙传播主要是动脉搏动驱动的对流力的结果。双光子成像与心动周期记录并行显示，心脏收缩期导致动脉直径增加，而舒张期导致动脉直径减小，导致脑脊液通过动脉周围泵送系统沿Virchow-Robin间隙被推入。同样，主动脉闭塞或颈内动脉结扎术抑制动脉搏动并消除脑脊液示踪剂流入，而通过药物增加心率和脑动脉搏动可显著增加脑脊液胶质淋巴流入。最后，由于血管搏动在动脉中观察到，但在静脉中未观察到，这种机制可能解释了为什么脑脊液通过动脉而不是静脉进入实质。
在没有神经胶质AQP4的情况下，血管旁脑脊液示踪剂的摄入量大大减少，提示脑脊液大量流入脑实质。 AQP4在神经胶质细胞和室管膜细胞中特别表达，并调节大脑中的水运输。 选择性敲除神经胶质AQP4可导致在腹腔灌注水后，脑内水摄入量减少31%。此外，在没有APQ4的情况下，脑脊液胶质淋巴流入率和间质液溶质清除率均降低约70%，进一步支持其在调节脑脊液体积流量和胶质淋巴功能方面的作用。早期免疫金分析表明，极化AQP4表达高度集中在星形胶质细胞终足。 同样，星形胶质细胞终足而不是实质膜的极化AQP4对胶质淋巴转运特别重要。尽管老年动物和幼年动物表达的AQP4水平相当，但极化APQ4的表达显著降低，从而损害了脑脊液胶质淋巴流入。多项证据表明，AQP4极化依赖于周细胞-星形胶质细胞相互作用。大约40%的AQP4表达局限于星形胶质细胞和周细胞交界的血管旁区域。血小板衍生生长因子B（PDGF-B）的遗传下调对周细胞募集至关重要，导致AQP4沿星形胶质细胞膜重新分布，从而导致AQP4极化丧失。 另一方面，星形胶质细胞衍生的层粘连蛋白调节基板形态和周细胞分化，而基板为细胞与细胞外基质的相互作用提供了介质。这些发现表明，神经血管单元的不同成分可以调节胶质淋巴功能。在没有神经胶质AQP4的情况下，大脑仍然具有水渗透性。AQP4依赖性对流（即胶质淋巴通路）虽然不太可能是脑脊液和溶质在大脑中转运的唯一形式，但似乎是一条主要途径。
尽管呼吸周期与脑脊液运动的相关性也已被调查，但心脏搏动性已被确定为驱动动脉周围脑脊液流动的主要力量。根据健康受试者的超快磁共振脑图观察，心脏搏动(~1赫兹)主要是动脉周围区域对流运动的来源，而呼吸(~0.3赫兹)似乎在静脉周围区域发挥对流作用。基于此，心脏和呼吸周期可能有助于胶质淋巴通路的不同方面，动脉搏动驱动动脉周围脑脊液流入，呼吸驱动静脉周围脑脊液-间质液流出。
一个值得注意的发现是，胶质淋巴系统几乎完全在睡眠期间活跃，这暗示了睡眠的进化相关性。在睡眠期间，间质空间体积增加约60%，导致对流阻力降低，脑脊液胶质淋巴流入增加约95%。同样，药物抑制清醒小鼠中枢肾上腺素能系统（模拟睡眠相关的间质空间体积增加）导致脑脊液胶质淋巴流入增加。此外，睡眠期间间质液溶质清除速度快2倍，而睡眠剥夺则大大降低了胶质淋巴活动。
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脑膜淋巴系统
脑膜淋巴系统是由位于硬脑膜中的淋巴管网络形成的，沿着窦间隙延伸，随着静脉、颅神经和动脉一起从颅底孔洞离开。脑膜淋巴系统与脑废物清除有关。背侧和基底脑膜淋巴管都与脑脊液引流有关。虽然淋巴管位于背侧和基底表面，但它们具有不同的形态特征。这种形态学差异可能是在背侧和基底淋巴引流中观察到的差异的基础。MRI首先在基底流出区检测到脑室内输注示踪剂，然后再在背侧区域通过MRI检测到，表明基底脑膜淋巴管比背侧淋巴管更有效地排出脑脊液。此外，脑膜淋巴系统是胶质淋巴清除废物的重要出口途径。
脑膜淋巴系统与中枢免疫监测和脑废物清除的相关性一直得到证明。此外，胶质淋巴系统和脑膜淋巴系统之间的功能联系表明，它们可能参与了蛋白质病的病因学。由于有毒蛋白质在细胞外的积累是AD的一个标志，因此可以合理地假设这些系统的破坏可能有助于AD的发病机制。
衰老是与AD相关的最强危险因素。60岁以后，AD和其他类型痴呆的患病率每5.5年翻一番。Aβ积累对AD发展的预测价值随着年龄的增长而降低，在95岁时不再与该病相关。它表明细胞外蛋白的过早积累是一种疾病生物标志物，而不是细胞外蛋白积累本身，这表明其他因素，如调节清除机制，可能先于蛋白病变。
如图所示2。
图2：不同健康状况下用于清除脑废物的胶质淋巴和脑膜淋巴通路
胶质淋巴和脑膜淋巴系统都受到衰老的影响。在AD中也观察到许多与衰老相关的胶质淋巴和脑膜淋巴功能损伤。与衰老相关的另一个重要因素是睡眠模式的中断和睡眠障碍的发生率增加。 在老年人中观察到的常见睡眠障碍包括睡眠持续时间和质量下降、睡眠碎片化增加、入睡困难增加以及眼动速度较慢。在啮齿动物中，黑暗期的间质液Aβ水平降低了25%，而与动物的活动期相比，休息期的tau水平降低了90%。在人类中也观察到类似的模式。 不足为奇的是，睡眠剥夺会增加人类和AD实验模型中的细胞外蛋白积累。 在健康人中，急性睡眠剥夺使脑脊液中Aβ和tau蛋白水平分别增加30%和50%，同时增加海马结构和丘脑区域的Aβ负荷（通过正电子发射断层扫描[PET]测量）。长期睡眠剥夺会导致中枢Aβ沉积增加。
最后，胶质淋巴系统可以被整合到AD的两次损伤血管假说中。根据这一假说，Aβ非依赖性机制将导致临床无症状的血管恶化和Aβ清除率受损(损伤 1)，导致伴随AD临床表达的Aβ积聚增加(损伤 2)。事实上，血管损伤与衰老密切相关，并先于人类和啮齿动物的任何可观察到的认知缺陷。血脑屏障的完整性在很大程度上是由神经血管单元的组成部分维持的，包括星形胶质细胞、周细胞和基底膜，因此这些成分的破坏会导致血脑屏障的破坏和血管损伤的增加。如前所述，神经血管单元也调节胶质淋巴功能，这表明神经血管的恶化将导致血管和胶质淋巴功能的相互损害。
阿尔茨海默病的治疗包括非药物和药物干预的结合。在对患者和家属进行心理教育和支持后，通常会开具有限数量的认知增强药物。认知能力下降的胆碱能和谷氨酸能假说导致了胆碱酯酶抑制剂和N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）拮抗剂美金刚的发展。 最近，AD的Aβ假说促进了抗淀粉样蛋白药物的开发，导致FDA批准了单克隆抗体Aducanumab和最近的Lecanemab，而其他基于抗体的干预措施，如Gantenerumab，可能很快就会获得批准。 这里讨论了通过增强大脑的内源性废物清除途径来抵消疾病进展的可能性。
不同化合物的营养补充被认为是预防和管理痴呆的策略。更大量的n-3多不饱和脂肪酸（PUFA），无论是内源性（在Fat-1小鼠中观察到的）还是外源性（补充鱼油3周后），均可防止脑室内Aβ输注，显著减少海马Aβ沉积和神经元损失，并改善空间学习和记忆。值得注意的是，作者报告说，与对照组相比，较高水平的PUFA增加了脑脊液-间质液的交换动态，如脑脊液胶质淋巴流入和间质液溶质清除率更快。此外，口服L-3-正丁基苯酞（NBP，一种源自芹菜油的化合物）[2小时]可急性增加脑皮层动脉和脑穿支动脉的搏动，增强脑脊液-间质液交换动力学，表现为脑脊液胶质淋巴内流增加、间质液溶质清除率增加和脑膜淋巴流出至颈深淋巴结（dcLN）增加。为期3个月的NBP治疗可增加极化AQP4表达，并减少海马和皮层中Aβ斑块的形成，从而增加转基因AD动物的空间学习和记忆。
无创脑刺激是AD治疗的另一种潜在策略。在Aβ诱导的动物模型中，9天的经颅光生物调节（tPBM）可减少皮质和海马Aβ沉积，并改善认知能力。值得注意的是，在啮齿动物的暗期进行tPBM清除Aβ的速度比在光期的tPBM快两倍。同样，胶质淋巴和脑膜淋巴功能增加被认为是一种潜在的作用机制。 与对照动物相比，tPBM的间质液溶质清除率增加高达9倍。同样，它也会增加脑膜淋巴流向dcLN。此外，在AD动物模型中，超声聚焦治疗（一种替代性无创脑刺激技术）与静脉刺激微泡（FUS-MB）相结合，可增加dcLN的Aβ清除率，并减少海马和内嗅皮层的反应性胶质增生。
重复经颅磁刺激（TMS）在疾病早期有效对抗AD蛋白病并改善认知功能。在转基因动物模型中，14天的TMS可减少海马和内侧前额叶皮层（mPFC）中的Aβ沉积，并防止空间记忆丧失。值得注意的是，这种神经保护作用与脑脊液-间质液交换动力学的增加有关，如脑脊液胶质淋巴流入和脑膜淋巴流出至dcLN的增加，导致海马和mPFC的神经胶质增生减少和神经元激活增加。值得注意的是，使用连续θ爆发刺激的单次TMS可以恢复睡眠剥夺诱导的极化AQP4表达降低，并增加脑膜胶质淋巴管扩张，表明TMS通过作用于胶质淋巴和脑膜淋巴通路来增加清除功能。
中医治疗和管理痴呆已有两千多年的历史，最近的证据表明它还可以增加胶质淋巴和脑膜淋巴活动。与未治疗的动物相比，电针治疗8周可增加7月龄加速衰老大鼠（SAMP8小鼠）的血管周围AQP4表达和脑脊液胶质淋巴流入，导致海马和皮质Aβ沉积减少，学习和记忆力得到改善。中草药配方益智方代可防止缺血性脑卒中诱导的血管周围AQP4下调，并导致皮质和海马Aβ沉积增加，表明胶质淋巴通路可能参与其神经保护作用。此外，另一种中药草药配方血栓通可部分逆转脑膜淋巴管形态，与脑膜Aβ积累减少和转基因AD动物中枢促炎反应减少有关。
此外，脑膜淋巴系统也被探索为治疗靶点。VEGF-C和DSCR1蛋白参与淋巴管生成，并作为AD动物模型中脑膜淋巴管活性的潜在靶标。 DSCR1蛋白的转基因过表达导致脑膜背侧淋巴管分支增加。这种形态学变化与间质液溶质清除率增加和脑膜淋巴流出至dcLN有关。在AD动物中，这种效应与海马Aβ沉积减少50%、海马神经元死亡消失以及空间学习和记忆性能改善有关。通过腺病毒基因治疗增加VEGF-C表达会增加年轻和老年小鼠的淋巴管直径，这与脑脊液流出至dcLN的增加有关。此外，它还能提高老年动物的学习和记忆能力。然而，尽管VEGF-C过表达可以恢复老年小鼠脑膜淋巴管的形态和功能，但在使用成年小鼠的两种不同的AD转基因动物模型中，VEGF-C过表达没有显著的治疗效果。如前所述，成年AD小鼠（5-6月龄）直到年龄（>13月龄）才受到脑膜淋巴损伤的困扰，这或许可以解释为什么VEGF-C腺病毒疗法在使用成年小鼠的AD动物模型中没有观察到效果。
体育锻炼可改善阿尔茨海默病的胶质淋巴功能。超过3%的AD病例是由可预防的危险因素引起的，其中缺乏身体活动占该比例的12.7%。较高的身体活动水平与认知能力下降和痴呆风险降低之间存在明确关系。一项为期10年的随访研究显示，较高的身体活动水平与认知障碍的发病呈负相关。此外，最近的一项meta分析估计，与其他形式的痴呆相比，身体活动对AD的保护作用特别大，可将疾病发生的风险降低38%。有强有力的实验证据表明，认知保护程度与细胞外蛋白沉积的减少有关。体育锻炼增强胶质淋巴功能与极化AQP4表达增加有关。
脑溶质和代谢废物清除是与胶质淋巴系统相关的关键特征。尽管如此，该途径也可以参与将营养物质和其他因素输送到大脑。研究证实，载脂蛋白E（ApoE）是胆固醇转运和代谢的关键调节因子，也是AD的危险因素，通过胶质淋巴途径从脑脊液输送到脑实质。此外，在没有AQP4小鼠中和睡眠剥夺后，ApoE的胶质淋巴递送减少，这表明胶质淋巴系统与AD之间的联系可能超出了细胞外废物清除受损的范围。
总之，胶质淋巴和脑膜淋巴系统在 AD 病理生理学中的新兴作用为非药物干预提供了新的机制见解，并为解决蛋白质病变和疾病进展提供了潜在的新治疗策略。
参考文献：Formolo, D.A., Yu, J., Lin, K. et al. Leveraging the glymphatic and meningeal lymphatic systems as therapeutic strategies in Alzheimer’s disease: an updated overview of nonpharmacological therapies. Mol Neurodegeneration 18, 26 (2023). https：//doi.org/ 10. 1186/ s13024-023- 00618-3