哈佛醫學院發現,免疫細胞能透過微型血管通道穿過頭骨,直接到達大腦外膜。(圖:美國國家老齡化研究所)

哈佛醫學院研究團隊利用活體細胞標記技術(in vivo cell labeling),發現骨髓細胞能透過頭骨的微型血管通道到達大腦,引起局部及快速的免疫反應。研究結果有助科學家進一步了解神經退化性疾病,例如阿茲海默症。

免疫細胞快速到達大腦

骨髓遍布於全身的長骨(long bone)及扁平骨(flat bone),免疫細胞於骨髓形成後,將會移至身體相應區域引起免疫反應。過往研究發現,腦中風後病人骨髓製造速度和免疫細胞數量均有所增加。美國國家神經疾病和中風研究院(National Institute of Neurological Disorders and Stroke)計劃總監波賽提博士(Francesca Bosetti)指出:「以往科學界一直認為,免疫細胞於四肢骨髓形成後,才經血管系統轉移至大腦受損組織。」

哈佛醫學院放射學教授納倫多夫(Matthias Nahrendorf)及其團隊的最新研究發現,免疫細胞可能有辦法走「捷徑」穿過頭骨到達大腦,打破了以往科學界在這方面的認知,並有望為相關的大腦疾病研究帶來新方向。這項研究最近刊登於《自然神經科學》(Nature Neuroscience)。

發現頭骨血管通道

科學家先將染料注射至大腦受創的老鼠體內,染料標記頭骨及脛骨(tibia,位於小腿)骨髓組織後,再觀察嗜中性白血球(neutrophil,一種免疫細胞)如何到達大腦受創的區域。科學家發現到達大腦的嗜中性白血球之中,較多細胞來自頭骨骨髓,而非脛骨骨髓。

研究團隊再透過共軛焦顯微成像技術(confocal microscopy),發現了一種前所未見的免疫細胞移動路徑:免疫細胞直接通過頭骨內的微型血管通道,由頭骨骨髓到達大腦外膜。

科學家在研究當中也獲得三位大腦手術後病人的活體切片,經分析後發現人體頭骨內有相同的微型通道,但人體的免疫細胞能否通過這些通道則仍然未知,有待進一步研究確認。

為大腦疾病研究帶來新展望

波賽提博士表示:「許多大腦疾病均與炎症有關聯,這些新發現的通道可能對這些疾病有重要影響,因此這項發現開啟了未來更多相關研究的方向。」納倫多夫教授亦表示:「我們正在研究這些通道與炎症性中央神經系統疾病的關係,包括急性腦中風、高血壓、以及阿茲海默症等慢性疾病。此外,這些通道也有望成為藥物運輸的路徑,讓注入腦膜的藥物也可經過通道進入頭骨骨髓。」

大腦疾病相當普遍,以阿茲海默症為例,估計 2012 年約 2,400 萬人患有此病。而直到 2040 年,患病人數將會每 20 年翻倍一次。全球人口老化問題日益嚴重,這類大腦疾病的風險亦會隨著年齡增長。儘管如此,許多大腦疾病的病理機制及成因仍不明朗,因此更多相關的研究刻不容緩。

 

參考資料:

  1. Herisson, F., Frodermann, V., Courties, G., Rohde, D., Sun, Y., Vandoore, K. … Nahrendorf, M. (2018). Direct vascular channels connect skull bone marrow and the brain surface enabling myeloid cell migration. Nature Neuroscience. (in print).
  2. Knapton, S. (2018, Aug 27). Secret immune cell tunnels found in human skulls. The Telegraph.
  3. Mayeux, R. & Stern, Y. (2012). Epidemiology of Alzheimer Disease. Cold Spring Harbor Perspectives in Medicine, 2(8), a006239.
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