Cell | 新发现！头骨骨髓有望对抗阿尔茨海默病、中风等一系列神经系统疾病

阿尔茨海默病、中风、多发性硬化症和其他神经系统疾病会因免疫细胞介导的神经炎症而造成严重损害。由于大脑受到头骨（skull）和额外的周围膜的保护，使得治疗方法难以接近大脑，因此控制这种神经炎症是一项重大的医学挑战。

科学家们之前发现了从头骨的骨髓通往大脑的路径，允许免疫细胞移动。如今，在一项新的研究中，来自德国慕尼黑亥姆霍兹中心、慕尼黑工业大学和慕尼黑大学等研究机构的研究人员发现头骨骨髓中的细胞在它们的组成和疾病反应方面都很独特。这些发现为神经系统疾病的诊断和治疗提供了新的可能性，并在未来通过无创头骨成像彻底改变大脑健康监测。相关研究结果发表在2023年8月17日的Cell期刊上，论文标题为“Distinct molecular profiles of skull bone marrow in health and neurological disorders”。论文通讯作者为慕尼黑亥姆霍兹中心的Ali Ertürk教授。

大脑中的神经炎症是阿尔茨海默病这些神经系统疾病的共同特征，可通过激活免疫细胞和释放炎症分子造成严重损害。然而，由于大脑被头骨和三层额外的保护膜所保护，相对来说无法进入，因此控制和监测这种神经炎症一直是一个重大挑战。这些作者试图解决这一尚未满足的需求。

头骨与大脑之间错综复杂的联系

传统观念认为头骨和大脑之间没有直接联系，但最近的研究揭示了头骨骨髓和大脑最外层保护膜（脑膜表面）之间的直接联系。这些连接就像管道一样，促进了免疫细胞的来回移动。

最近的研究推翻了头骨和大脑之间没有直接交流的传统认识，揭示了头骨的骨髓和大脑保护膜的最外层---脑膜表面（meningeal surface）---之间的直接连接。这些连接就像管道一样，促进免疫细胞的来回运动。

作者发现这些连接甚至经常穿过最外层、最坚硬的膜层---硬脑膜（dura），比之前认为的更接近大脑表面。为了获得这些重要的发现，他们采用了一种名为组织透明（tissue clearing）的专门方法，并结合三维成像技术来可视化观察这些管道。

在这种组织透明过程中，生物组织会被一种特殊的溶液处理，使其变得透明，从而使光线能够通过，以便在显微镜下对脑组织和头骨进行检查。因此，可以生成结构和细胞的三维图像，从而进行全面的视觉分析。

这些作者更深入地探究了头骨免疫细胞在大脑生理和疾病中发挥的独特作用。他们首先质疑头骨中是否蕴藏着其他骨骼中找不到的大脑特有细胞和分子。

通过对小鼠和人类骨骼进行转录组学和蛋白质组学分析，对RNA和蛋白含量进行了广泛的分析，他们的结果证实了这一点---头骨确实与众不同，它承载着独特的称为中性粒细胞的免疫细胞。中性粒细胞是一种白细胞，在免疫系统的防御中发挥着至关重要的作用。

图片来自Cell, 2023, doi:10.1016/j.cell.2023.07.009。

论文第一作者、慕尼黑亥姆霍兹中心Ertürk实验室博士生Ilgin Kolabas强调说，“这些发现具有深远的影响，表明头骨和大脑之间的联系远比以前认为的要复杂得多。”

Ertürk补充说，“这为诊断和治疗脑部疾病提供了无数可能性，并有可能彻底改变我们对神经系统疾病的认识。这一突破可能更有效地监测阿尔茨海默病和中风等疾病，甚至有可能通过早期检测预防这些疾病的发生。”

展望新的未来：从研究到临床实践

另一个有影响力的发现是，这些作者利用PET成像技术发现来自头骨的信号反映了来自底层大脑的信号，这些信号的变化与阿尔茨海默病和中风患者的病情进展相对应。因此，只需扫描患者的头部表面，就能监测大脑炎症，这展示了一种新的潜力。

展望未来，这些作者设想他们的研究成果可能能够转化为临床实践中的无创头骨成像技术。Ertürk解释了对疾病监测的影响：“这有可能通过便携式可穿戴设备来实现，为监测大脑健康提供了一种更方便、更实用的方法。”该团队希望这种方法将能极大地改善神经系统疾病的诊断、监测甚至治疗，让我们离更有效地控制这些毁灭性疾病更近一步。

参考资料：

1. Zeynep Ilgin Kolabas et al. Distinct molecular profiles of skull bone marrow in health and neurological disorders. Cell, 2023, doi:10.1016/j.cell.2023.07.009.

2. A New Ally in Fighting Brain Diseases: Our Very Own Skull
https://www.helmholtz-munich.de/en/newsroom/news-all/artikel/a-new-ally-in-fighting-brain-diseases-our-very-own-skull