脉络丛及其与衰老相关疾病的关系

杨韵霏，沈义栋

综 述

脉络丛及其与衰老相关疾病的关系

杨韵霏1，沈义栋2,3

1. 重庆医科大学附属第一医院老年病科，重庆 400016 2. 中国科学院分子细胞科学卓越创新中心(生物化学与细胞生物学研究所)，细胞生物学国家重点实验室，细胞信号网络协同创新中心，上海 200031 3. 中国科学院大学，北京 100049

脉络丛由位于基底层上的上皮细胞组成，相邻脉络丛上皮细胞之间的紧密连接形成了血脑脊液屏障，它与血脑屏障一起对大脑微环境的稳态至关重要。脉络丛上皮可向脑室分泌脑脊液、生长因子、神经肽和脂类物质，同时脉络丛也是免疫细胞进入大脑的门户。衰老和神经退行性疾病的病理生理学仍然还存在大量未知，越来越多的研究将脉络丛与这些年龄相关性疾病的病因关联起来。本文综述了目前已知的脉络丛上皮与年龄相关疾病之间的关系，以期为防治相关疾病提供新的线索。

脉络丛；脑脊液；衰老；神经退行性疾病

“最是人间留不住，朱颜辞镜花辞树”。随着年龄的增长，机体的各种组织和器官功能会经历退行性的变化，这是生命过程中的必然现象。随着老化，机体的组织结构更容易发生病变，导致疾病的产生，中枢神经系统是受老化影响最明显的人体系统之一。目前，与大脑衰老有关的认知能力下降已经对老年人的健康构成重大风险。大脑衰老是一个复杂的生物学过程，涉及各种生理、生化和结构性的改变，其中大脑稳态的失衡是大脑衰老一个重要的原因和表现。

大脑作为人体最复杂且最重要的器官，需要严格稳定的微环境来维持正常运作。与身体其他器官不同，包括大脑在内的整个中枢神经系统浸泡在脑脊液这一特殊的体液中。脑脊液的组分与血液不同，相比于血液有着更高的稳定性，由此为中枢神经系统“特供”了一个优于全身其他组织的微环境。脑脊液主要由脑室中的脉络丛分泌合成。脉络丛作为调控脑脊液成分组成的主要结构，被形象地比喻为大脑的“看门人”。这个“看门人”具体有何功能？其功能和结构异常又和衰老以及相关疾病有何关联？目前仍存在很多未知。本文对脉络丛的作用及其与衰老相关疾病的关系进行了综述，以期为将来更深层次研究脉络丛的功能及开发相关疾病治疗的新策略提供借鉴和参考。

1 脉络丛结构

脉络丛位于脑室系统，在两侧脑室、第三脑室和第四脑室各有一个脉络丛。脉络丛是一个高度血管化的组织，由特殊的上皮细胞和毛细血管组成[1]。脉络丛毛细血管的内皮细胞间连接松散，血液可以自由透过。脉络丛的上皮细胞形成了致密的脉络丛上皮。与其他上皮细胞类似，脉络丛上皮细胞靠近脑室腔处的胞膜间有丰富的紧密连接(tight junction，TJ)，将脑室腔与脉络丛上皮细胞的基底部的毛细管间隙分隔开来(图1)。

这层脉络丛上皮构成了血脑脊液屏障(blood cerebrospinal fluid barrier，BCSFB)。除了作为单纯的屏障系统与遍布大脑周边的毛细血管中的血脑屏障(blood brain barrier，BBB)一起阻止外周血自由渗入大脑，BCSFB还具有强大的转运分泌功能，是将血液“过滤”成脑脊液的主要组织。与其产生脑脊液的功能一致，脉络丛上皮细胞表面有大量微绒毛和一簇初级纤毛，而且细胞两侧和基底膜之间的过渡区的细胞膜会通过细胞表面延伸而膨胀，使相邻细胞之间产生多个指状突起，导致表面积增加10倍，实现了脑脊液的快速有效输送和其他运输功能[2～6]。有趣的是，相比血脑屏障处的细胞，分泌脑脊液的脉络丛上皮细胞含有更高密度以及更大体积的线粒体，以满足其分泌功能和经上皮运输所需的大量能量需求[7]。

2 脉络丛上皮的分泌功能

如前所述，脉络丛上皮的一个主要功能是产生和分泌脑脊液。脑脊液为无色透明的液体，绝大部分是水，含极少量蛋白质与免疫细胞，但有较高浓度的Na+、K+和Cl–。脑脊液的组成和酸碱度在正常生理条件下保持动态平衡，在炎症调节等重要生命活动中发挥着独特的作用，这种稳态的维持与脉络丛上皮细胞上一些重要的水通道蛋白、离子转运体或阴离子转运通道密不可分(图1)。

过去认为，人体中水的平衡是半透膜两边渗透压差异导致的扩散。成年人的大脑每天大约会产生约500 mL的脑脊液，在任何给定的时刻，中枢神经系统内的脑脊液量通常有100～150 mL，这表明每天至少更换3～4次脑脊液[8]。由于脑脊液的主要组成成分是水，因此很难解释每天如此大量的水通过细胞膜的脂质双分子层进行流动。水通道蛋白(aquaporin，AQP)的发现很好地解释了这个问题。AQP是介导水和一些小的无电荷分子(如甘油、糖或气体)通过质膜运输的小跨膜蛋白[9]。AQP是四聚体，并且包含具有相同亲水性膜蛋白的单体。每个单体包括6个跨膜α螺旋段和2个短螺旋段，由5个连接环连接。羧基和末端氨基结构域位于细胞内侧，这种分布使AQP能够作为亲水性整体膜蛋白发挥作用[10]。AQP在不同的器官和组织中的分布不同，有证据表明AQP1、AQP4、AQP5和AQP7在脉络丛上皮细胞中表达。AQP1位于脉络丛上皮的脑室侧[11～13]，并且AQP1的表达水平和分泌能力随衰老降低[8]。AQP1是一种cGMP门控阳离子通道，在脉络丛中起到水通道和门控离子通道的作用，有助于调节脑脊液(cerebrospinal fluid，CSF)的产生[14]。根据AQP1缺陷小鼠()的实验结果，估计AQP1参与产生20%～25%的CSF[15]。AQP4是脑内表达最多的AQP亚型，先前有研究报道了大鼠()脉络丛中AQP4微弱且弥漫的信号[16]。最近一项研究发现，AQP4 的mRNA水平在老年小鼠中增加，这表明衰老与AQP4表达增加之间存在关联，猜测它可以作为一种补偿机制来维持CSF水平[17]。AQP5也在脉络丛上皮存在[18]，但其在脑脊液稳态中的作用还不清楚，可能和脑水肿有关[19]。AQP7被称为“脂肪水通道蛋白”，其主要作用是参与脂肪代谢[20]。尽管AQP7被发现在脉络丛上皮的顶膜表达[21]，但其在脑脊液的分泌中的作用需要进一步研究。

图1 脉络丛的结构与功能示意图

脉络丛处血管开窗，不表达胞间连接。脉络丛上皮细胞作为开窗血管和脑脊液之间的屏障，可以感知来自血液循环和脑脊液的信号，调节物质的转运和分泌。上皮细胞是免疫细胞从血液进入脑脊液的“门户”。

脉络丛上皮细胞通过离子通道蛋白可以维持和调节离子浓度，特别是K+和Na+在脑脊液中的浓度，从而维持神经细胞的正常活动。Na+钠离子是特别重要的，因为没有Na+就没有脑脊液的分泌。脉络丛上皮顶端膜处Na+的排出主要是由Na+-K+ATP酶介导，这为各种分子的主动运输提供了电化学梯度[8]。除了Na+、K+之外，碳酸酐酶对脑脊液的分泌也是十分重要的，因为碳酸氢根离子是Na+-K+ATP酶发挥功能所必需[22]。这些离子的跨细胞运输为水分子和其他溶质的分泌提供了渗透梯度。这些离子的浓度受到离子通道的调节，即使在血浆浓度发生变化时也可以保持相对稳定，从而使脑脊液的pH值也保持稳定。

脉络丛上皮除了分泌脑脊液外，还积极合成和分泌多种信号因子。由于直接接触血液循环和脑脊液，脉络丛上皮可以充当传感器，整合并响应来自血液循环、神经系统和免疫系统的生理信号，通过动态改变自身的分泌组来感知和响应生态位的局部变化以及不同的生理信号[5]。脉络丛本身就是多种分子的重要来源，包括活性信号分子、营养分子和引导分子。生物活性多肽、细胞因子、细胞外基质、载体、生长因子和激素被合成并从脉络丛上皮释放到脑脊液。这些因子可以通过脑脊液的大流量到达大脑的远端区域，并以自分泌和旁分泌的方式起作用[23]。前人研究发现，侧脑室的脉络膜丛上皮细胞不仅可以直接接触脑脊液中脑室下区(subventricular zone，SVZ)的成体神经干细胞，而且可以分泌细胞活化和增殖因子，促进侧脑室SVZ成体神经干细胞的发育。这些脑微生态因子在整个生命周期中对SVZ成体神经干细胞的神经发育起重要作用[24]。据报道，脉络丛上皮分泌的胰岛素样生长因子1 (insulin-like growth factor 1，IGF1)可以防止大脑发育过程中的神经元凋亡[25]。与IGF1相似，IGF2可以与脉络丛上皮上表达的受体结合以自分泌的方式调节脉络丛上皮的生长，并对远端脑实质细胞发挥作用[26～29]。脉络丛还在胚胎期和出生后早期向CSF中表达和分泌多种蛋白质，已知在子宫内和临近出生的大脑发育的关键时期，血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、转化生长因子-β (transforming growth factor-β，TGF-β)和成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factor 2，FGF2)可以被脉络丛上皮分泌到脑脊液里[26,30,31]，分布到脑实质作用于其他脑细胞，这些生长因子有助于大脑的正常发育，修复受损的组织，表现出神经保护能力[32～34]。并且由于脉络丛上皮本身表达TGF-β的受体，因此TGF-β也被认为可能通过自分泌的方式调节脉络丛上皮的功能[35]。此外，声波刺猬(sonic hedgehog，Shh)和视黄酸(retinoic acid，RA)由第四脑室脉络丛分泌到CSF中，脑脊液中Shh信号可以促进小脑颗粒前体的增殖[36,37]，而脑脊液中RA信号对小脑深部神经元、颗粒细胞以及浦肯野细胞的发育也非常重要[37]。总体而言，有大量证据表明，脉络丛将信号分子输送到发育中的细胞和区域，对正常大脑发育至关重要。

除了上述生长因子外，脉络丛上皮还可以合成其他多肽。例如脉络丛上皮分泌的血管加压素和血管紧张素可以通过减少脉络丛血流量或影响脉络丛上皮细胞的离子通道来调节脑脊液的产生[35]。此外，脉络丛上皮高表达转甲状腺素蛋白，转甲状腺素蛋白是甲状腺素的转运体，可以和β-淀粉样蛋白结合，中和其毒性作用并阻止其在大脑中的积聚[38]。除了扩散因子外，脉络丛上皮细胞还可以产生含有信号因子和非编码RNA的细胞外囊泡分泌到脑脊液中[39,40]，这些细胞外囊泡可以改变脑室周围的神经干细胞的生态位，触发神经干细胞的分化[41]。

3 脉络丛上皮的转运功能

脉络丛上皮还具有物质转运的功能，这得益于脉络丛上皮细胞上丰富的转运体蛋白。这些转运蛋白要么有助于物质从血液转运到脑脊液，要么有利于将潜在的有害代谢物从脑脊液转运到血液中(图 1)。转运蛋白主要包括两大类：一类是ATP结合盒(ATP binding cassette，ABC)转运体家族，另一类是溶质载体(solute carrier，SLC)家族，这些转运蛋白选择性地分布在脉络丛上皮细胞的顶端或基底侧。

ABC转运体(ATP结合盒转运体)是一类需要ATP(腺苷酸三磷酸)为能量源的膜转运蛋白，这些转运体能够将多种物质从细胞内泵出，包括药物和其他异物。一般来说，ABC转运体家族多分布在脉络丛上皮细胞面向血液循环的基底膜侧，例如ABC转运体家族成员ABCC1和ABCC4可以将脉络丛上皮细胞细胞内的脂溶性化合物丛胞内挤出排到血液循环里。这些排出的化合物包括各种代谢废物、环境污染物或者是药物[42]。Matsumoto等[43]研究表明，脉络丛上皮细胞表达的ABCC1、ABCG2和ABCG4对于清除脑脊液里的β-淀粉样蛋白有一定的作用。Furtado等[44]研究发现，ABCC1在雄性大鼠的脉络丛中以昼夜节律的方式表达，而ABCG2在雌性大鼠的脉络丛中以昼夜周期的方式表达，并且ABCC4的昼夜节律模式可能部分负责了甲氨蝶呤在脉络丛上皮细胞基膜上的昼夜节律转运。但是在脉络丛中，有一种特别重要的ABC转运体ABCB1，也被称为多药耐药性蛋白1 (multidrug resistance protein 1，MDR1)，编码p-糖蛋白，位于脉络丛上皮细胞的顶端侧[45,46]。由于p-糖蛋白的存在，很多药物不能有效地进入大脑，这也为中枢神经系统药物的研发带来了挑战[47]。

SLC转运蛋白是一大类跨膜转运蛋白，负责细胞内外之间多种溶质的主动和被动运输，包括氨基酸、糖、核苷酸、离子、神经递质以及其他小分子。截止2021年，SLC家族已被分类超过65个子家族，其中包含400种不同的转运蛋白，是细胞膜上最大的一类转运蛋白。一般来说，除了SLCO1A4定位于脉络丛上皮细胞的基底膜侧，其他已被发现在脉络丛表达的SLC都定位于脉络丛上皮细胞的顶端侧。SLCO1A4又称为有机阴离子转运肽成员1a4 (organic anion transporting peptide 1a4，Oatp1a4)，在脉络丛处可以介导其底物药物通过BCSFB进行转运[48]。该家族成员之一SLC22A8，又被称为有机阴离子转运体(organic anion transporter 3，Oat3)，主要定位在脉络丛上皮细胞的顶端膜上，主要负责有机阴离子丛脑脊液到血液的转运[47]。SLC16A1也被称为单羧酸转运蛋白1(monocarboxylate transporter 1，MCT1)，其主要作用是将单羧酸盐溶质(如乳酸盐和丙酮酸盐)转运到大脑中，有研究报道γ-羟基丁酸(GHB)这种治疗失眠的药物在血脑脊液屏障处的转运主要由MCT1介导[49]。SLC46A1，也被称作质子耦联叶酸转运体(proton-coupled folate transporter，PCFT)，位于脉络丛上皮细胞的顶端，负责将血液循环中的叶酸转运到脑脊液里面，缺乏SLC46A1的人会导致中枢神经系统叶酸缺乏，甚至造成死亡[50]。最近一项关于啮齿类动物和人脉络丛的蛋白质组学研究表明，在大鼠和人脉络丛之间，某些转运蛋白如SLC15A2或SLC47A1的丰度可能存在差异，但物种之间转运体介导的外排系统的底物特异性具有较大部分重叠[51]。

除了转运蛋白外，受体介导的转胞吞作用也是脉络丛上皮完成物质交换的机制(图1)。一些物质需要结合特异性受体，通过受体介导的转胞吞作用从血液循环进入脑脊液或从脑脊液转移到血液循环中。转铁蛋白受体(transferrin receptor，TfR)是一种跨膜糖蛋白，介导含铁转铁蛋白(transferrin，Tf)的转运[52]。在脉络丛上皮中，铁-Tf复合物在细胞膜上与TfR结合后通过内吞作用内化，随后形成内体并酸化。由于铁与Tf的结合依赖于pH，因此铁在酸化时释放，并通过内体膜转运到胞质中。与游离Tf结合的TfR然后再循环到细胞膜并释放[53]。由于TfR在大鼠和人的脉络丛上皮细胞中高度表达，该受体可能在维持大脑微环境中的铁稳态发挥重要作用[54,55]。此外，脉络丛上皮细胞还存在丰富的胰岛素受体。利用定量分析，发现大鼠脉络丛上皮细胞中的胰岛素受体的含量大于其他脑区或肝脏中的含量，这表明脉络丛可能是胰岛素从血液转运到脑脊液的靶点[56,57]。然而，目前尚无直接的研究表明胰岛素在脉络丛上皮细胞中的转胞吞过程是如何发生的。与胰岛素受体一样，大鼠和人的脉络丛上皮细胞中都存在高密度的胰岛素样生长因子受体(insulin-like growth factor receptors，IGFR)[58～60]。IGFR和胰岛素受体具有相似的结构，参与介导胰岛素、IGF1和IGF2的细胞内作用。其中IGF1R被认为与低密度脂蛋白受体相关蛋白2(low-density lipoprotein receptor-related protein 2，LRP2)相互作用，将IGF1从血液输送到CSF[61]，而脉络丛上皮细胞中IGF2R的作用仍有待研究。

4 脉络丛上皮的屏障功能

血脑屏障(BBB)与脉络丛的血脑脊液屏障(BCSFB)都是大脑的关键防护机制，但它们的结构和功能有所不同。脉络丛的BCSFB主要负责调控从血液到脑脊液的物质交换，确保大脑和脊髓的稳定和安全的微环境。功能良好的BCSFB对于保护中枢神经系统免受可能携带炎症化合物、病原体和毒素的血液循环的伤害来说至关重要。与大脑微血管内皮细胞之间的紧密连接(BBB的结构基础)不同，脉络丛的上皮细胞顶端区域之间的紧密连接(tight junction，TJ)和粘附连接(adherens junction，AJ)是BCSFB的主要结构。它们控制细胞旁运动，并通过阻止跨膜蛋白在顶端和基底侧膜结构域之间的扩散来保证细胞极性。构成脉络丛上皮细胞紧密连接的蛋白包括Occludin、Claudin-1、Claudin-2、Claudin-3和Claudin-11[62～64]，以及ZO-1、ZO-2和ZO-3[65]。最近研究发现，Alix蛋白是形成脉络丛顶端TJ的重要因素。这种蛋白质在内吞作用和内体分选过程中发挥作用，并在BCSFB中高度表达。Alix对促进脉络丛上皮细胞顶端TJ结构的发育至关重要。如果没有Alix，脉络丛TJ结构会完全紊乱，从而导致脑积水[66]。AJ与TJ在脉络丛上皮抑制许多分子的细胞旁运动，维持细胞之间的物理联系[67](图1)。与TJ不同的是，这些AJ位于基底膜附近[68]，并且在TJ形成之前，AJ先建立了细胞间的接触，这是TJ成熟和维持的先决条件，AJ和TJ之间的连续串扰对于连接复合物的功能是必要的[69]。脉络膜丛上皮除了表达粘附蛋白外，还表达肌动蛋白丝结合蛋白，这表明AJ的形成可能需要支架蛋白-粘附蛋白复合物[70]。

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虽然已知BCSFB可以限制血液循环分子进入大脑，但与BBB相比，BCSFB被认为更具有渗透性。例如，使用注射示踪剂的实验表明，BCSFB限制了辣根过氧化物酶进入大脑，但允许镧离子(La3+)的细胞旁转运，这与BBB中的情况不同[71]。这种对物质不同的通透性被认为是由于大脑内皮细胞和脉络丛上皮细胞中的TJ亚型的表达模式和分布不同引起的[42]。例如脉络丛上皮高表达Claudin-2，Claudin-2是典型的具有分泌功能的上皮特征，它可以形成一个对阳离子(K+、Na+)有选择性的细胞旁通道，也是唯一可以共运水分子的Claudin，而BBB缺乏Claudin-2的表达[72]。BCSFB具有一定的渗透性的另一个原因可能是脉络丛上皮的跨上皮电阻低，这也是分泌上皮所共有的特征，这与活跃的但受调节的离子渗透有关[73]。但是，这种观察到的“渗透性”不适用于有机化合物和大分子。由于脉络丛上皮细胞对细胞旁途径的限制和细胞内生化和酶具有特异性，其可以形成一个强大的屏障以阻止有害化合物浸润或在脑脊液中积聚。

5 脉络丛上皮的免疫功能

脉络丛不仅是中枢神经系统和外周循环之间的一个主要交界点，而且其在维持大脑的免疫特权中具有关键作用。脉络丛上皮细胞形成的BCSFB是中枢神经系统和外周血流之间的一道重要屏障，该屏障可以在一定程度上限制免疫细胞进入中枢神经系统。一般认为，免疫细胞在某些疾病或炎症状态下可以穿越脉络丛进入CNS，然而，最近的研究表明在健康成人的脉络丛基质和脑脊液中显示出丰富的CD4阳性记忆T细胞[74]。脉络丛可以直接与CSF和血液相互作用，这可能导致脉络丛成为免疫细胞进入脑脊液的“门户”(图1)。此外，生理状态下脉络丛上皮细胞之间也有髓系细胞的浸润，例如树突状细胞可以夹杂在上皮细胞之间，将其树突延伸到充满CSF的脑室[75]，在那里它们可能吸收CSF里的抗原并呈递给脉络丛中的T细胞[76]。Ling等[77]研究报道脑室内也有巨噬细胞，来源于间质巨噬细胞，它们通过脉络丛上皮细胞的跨细胞途径进入脑室，或通过上皮细胞之间的细胞间隙进入脑室。Xu等[78]使用清醒小鼠的慢性双光子成像观察到在小鼠脑膜炎模型中中性粒细胞和单核细胞在脉络丛基质中积聚，并通过上皮细胞涌入CSF，而单核细胞可以进行双向运输，并且巨噬细胞可以从CSF到脉络丛帮助消除中性粒细胞并修复屏障。这些研究证明脉络丛是一种调节大脑炎症的复杂的免疫器官。

干扰素-γ被认为是免疫细胞通过脉络丛运输的关键分子，干扰素-γ上调黏附分子在脉络丛上皮细胞的顶端表达，这有利于免疫细胞从基底部向顶端方向迁移[79]。也有学者发现 I型和II型干扰素信号之间的平衡是调节免疫细胞进入中枢神经系统的关键，并且免疫细胞通过脉络丛进入中枢神经系统的次优运输可能是神经退行性疾病病理生理学中的一种潜在机制[80]。

6 脉络丛上皮与衰老

脉络丛是位于大脑脑室的细胞网络，在维护血脑脊液屏障方面发挥着重要作用。这一屏障对于保护大脑免受血液中有害物质的侵害和维持大脑环境的平衡至关重要。随着年龄的增长，血脑脊液屏障的结构和功能会发生一些明显的变化。

在形态和结构上，脉络丛上皮会经历萎缩、纤维化和钙化，具体体现为细胞高度降低约15%[81]、基底膜的变厚、基底膜下结缔组织间质增加[82,83]。并且，脉络丛上皮细胞中其他蛋白质内含物如细胞内神经原纤维缠结样聚集物[84]或Biondi环内含物也明显增加，研究还发现脂褐素也在脉络丛上皮有沉积[85]。随着年龄的增加，脉络丛上皮钙化增加，但机制目前还不清楚[86]。近来有研究发现，老年小鼠脉络丛上皮细胞微绒毛长度减少10%、线粒体密度下降、膜电位下降、线粒体运动性下降[87]，并且潜在的破坏性氧化应激也会增加[88]，例如内质网应激增加以及自由基损伤的积累。紧密连接蛋白对维持屏障的完整性至关重要，而在衰老过程中脉络丛中紧密连接蛋白表达减少，血脑脊液屏障的渗透性增加，会让更多毒素、病原体、免疫细胞或炎症分子进入大脑[89]，从而加剧神经炎症和损伤，并可能导致认知能力下降和其他与衰老相关的大脑变化(图2)。

衰老和年龄相关疾病中的脉络丛上皮逐渐“扁平化”、胞间连接减少、线粒体受损、氧化应激增加、免疫细胞浸润增加、营养成分分泌减少、炎症因子分泌增加以及对Aβ的清除能力下降等表现。针对脉络丛上皮的改变，脉络丛或脉络丛上皮细胞移植疗法、换脑脊液疗法以及免疫疗法可以作为治疗衰老以及年龄相关疾病的新策略。

除了结构变化以外，脉络丛的功能也随年龄增加发生了重大变化，尤其是对脑脊液的生成和分泌产生了影响。一项通过核磁共振进行的小型非侵入性相图研究发现，年轻人与老年人的脑脊液生成没有差异[90]。然而，近年来越来越多的研究发现正常老年人比正常年轻人的脑脊液分泌减少约50%[91,92]。这种减少可归因于脉络丛的结构变化，如萎缩和纤维化以及流向该区域的血流潜在变化。前人研究发现，老年人脉络丛中抗利尿激素水平升高，Na+-K+ATP酶活性的功能也会出现缺失，这可能也是导致脑脊液的分泌功能下降的原因之一[93,94]。CSF 在头骨内缓冲大脑和提供浮力支持方面起着至关重要的作用。CSF 容量的减少会降低这种缓冲作用，从而可能使大脑更容易受到物理创伤的伤害。CSF 的主要功能之一是帮助清除大脑中的代谢废物。CSF 生成和周转的下降会导致废物清除效率降低，从而导致潜在的有害物质在大脑中积累[95]。这与神经退行性疾病尤其相关，因为异常蛋白质的积累是神经退行性疾病的一个标志性特征。同时，CSF生成和流动速度的变化会影响脑内液体运动的整体动态。这会影响营养物质的分配和废物的清除，还可能影响神经活性物质在脑内的分配方式，如胰岛素样生长因子、甲状腺素、瘦素和转铁蛋白等[81,96,97]。衰老后脑脊液的成分也会发生改变。Peters等[98]利用非靶向质谱分析了不同年龄段人脑脊液中代谢产物变化，其研究数据显示，细胞色素P450系统、免疫系统以及与微生物系统相关的物质最常与衰老相关。他们还观察到核苷/核苷酸的显著富集，这些代谢物通常参与嘌呤、嘧啶和NAD+能量相关代谢，以及咖啡因、色氨酸和苯丙氨酸代谢。类似地，Carlsson等[99]通过液相色谱高分辨质谱对30～74岁健康受试者的脑脊液代谢组进行了研究，并分析了其与年龄的关系，发现10种代谢物与衰老显著相关，其中有8种随着年龄增长而增加，分别为异亮氨酸、乙酸肉碱、哌啶酸盐、蛋氨酸、戊二酰肉碱、5-羟色氨酸、酮油酸和马尿酸；有两种随着年龄的增长而减少，分别为甲基硫腺苷和3-甲基腺嘌呤，这说明脑脊液中氨基酸、核酸等代谢产物与衰老过程有所关联。

同时，作为免疫器官，脉络丛的免疫功能也在衰老过程中发生了显著改变。脉络丛通过表达促进白细胞迁移的粘附分子，作为白细胞进入中枢神经系统的门户，导致脑内固有免疫细胞小胶质细胞的激活[100]。Baruch等[101]观察发现，在衰老期间，脉络丛中的一氧化氮(nitric oxide，NO)水平上调，从而增加了从脉络丛门户进入中枢神经系统的免疫细胞。Baruch等[102]还发现在老年小鼠和人类中，脉络丛显示了I型干扰素(type I interferon，IFN-I)依赖的表达谱，通常与抗病毒反应相关，这一特征是由老年小鼠脑脊液中存在的脑源性信号引起的；该研究还在脉络丛中确定了一个由衰老诱导的IFN-I特征，并证明了其对脑功能的负面影响，从而为与年龄相关的认知衰退的治疗干预提供了一个潜在的靶点。另外，衰老通常与慢性低度炎症的增加有关，即所谓的炎症老化。随着年龄的增长，脉络丛会成为细胞因子和其他炎症介质水平升高的来源[103]，这些物质在大脑中的水平升高会导致神经炎症，而神经炎症又是阿尔茨海默症(Alzheimer’s disease，AD)和帕金森氏综合征(Parkinson’s disease，PD)等神经退行性疾病恶化的关键因素[104]。

7 脉络丛上皮与神经退行性疾病

7.1 阿尔茨海默症

在过去的几十年里，平均预期寿命急剧增加。因此，世界人口中老年人的数量不断增加，激发了人们对年龄相关疾病的兴趣。AD是最常见的衰老相关疾病，其主要的病理特征是Aβ斑块的细胞外积聚、神经原纤维缠结，以及神经元中过度磷酸化的tau蛋白在神经元和血管积聚。虽然血脑屏障在AD中得到了广泛的研究，但对血脑脊液屏障的研究却在很大程度上存在不足。近年来，研究者们开始关注脉络丛在AD发病机制中的角色。

与正常的生理性衰老相似，AD患者的脉络丛也发生了一些形态学改变，包括基底膜增厚、血管和上皮形态改变、基质内上皮萎缩和纤维化[97]。Aβ的沉积可以诱导脉络丛上皮细胞核和细胞体积的收缩[105]，而IV型胶原含量的增加或许是基质纤维化的原因[106,107]。此外，脉络丛上皮细胞内的Biondi环缠结在AD患者中更为普遍，组织学分析揭示了构成Biondi环的物质包括tau蛋白、纤连蛋白、泛素以及脂滴，这些物质在细胞质中出现可能会对质膜造成机械损伤[85]。AD小鼠脉络丛上皮细胞的细胞质中也存在着更多的脂褐素颗粒，这些颗粒由高度氧化的交联大分子产生，影响囊泡运输和细胞生理[108]。

AD中BCSFB的完整性也由于沉积过多的Aβ而受到损害，导致有毒有害的分子通过细胞旁运输进入脑脊液，损害大脑稳态。Brkic等[105]研究发现，脑脊液中过量的Aβ增加了脉络丛中基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMP)的表达，并下调了脉络丛中的紧密连接蛋白claudin-5、occludin和claudin-1的表达。同时，在AD患者和AD小鼠模型脉络丛中也发现基质金属蛋白酶水平的增加和紧密连接蛋白claudin-5、claudin-11和claudin-18水平的降低[105,109,110]。这些发现提示，在AD中，Aβ在脉络丛中的沉积导致紧密连接蛋白下降，MMP水平升高，这可能会损害BCSFB的完整性和功能。

维持CSF的成分和体积对于确保大脑功能的正常至关重要，脉络丛有助于从CSF中去除有害化合物。例如，Aβ必须不断地从大脑中清除，以防止其积累和聚集，在该过程中，来自脑实质的Aβ很容易到达CSF，并流到脉络丛附近被输送出去[111]。然而，AD患者脉络丛的CSF分泌和运输能力下降，导致CSF介导的Aβ清除减少[112](图2)。大脑中Aβ的去除还依赖于几种转运蛋白，包括低密度脂蛋白受体相关蛋白(low-density lipoprotein receptor-related protein 1，LRP1)、ABCC1和晚期糖基化终产物受体(receptor for advanced glycation end products，RAGE)，这3种蛋白都存在于脉络丛中，表明脉络丛在脑间质液到血流的Aβ清除中起作用[113～115]。但是，对AD模型的研究表明LRP1和ABCB1在脉络丛中的表达增加，RAGE的表达保持不变，这和血脑屏障里的情况不一致，因此可能会抵消血脑屏障功能的丧失[115,107]。尽管脉络丛Aβ转运蛋白的表达增加，但脉络丛的上皮基底膜增厚和胶原沉积增加，这可能限制了溶质交换。除上述转运蛋白外，还有转甲状腺素也与Aβ清除相关，它们由脉络丛合成并分泌到脑脊液中。在AD转基因小鼠模型中，转甲状腺素基因的突变可加速Aβ的沉积，提示转甲状腺素在清除Aβ中可能发挥作用。

根据最新的研究结果提示AD显著的特征之一是慢性神经炎症的产生。Stopa等[116]根据转录组测序结果提示在AD患者的脉络丛中，许多与急性期反应相关的炎症因子基因表达升高，在AD患者脑脊液中也发现炎症细胞因子-肿瘤坏死因子α (tumor necrosis factor alpha，TNF-α)水平明显高于非AD患者，这可能导致血脑脊液屏障渗透性增加[117,118]。脉络丛同时也是外周免疫系统和大脑之间的重要界面，循环免疫细胞也会在脉络丛处巡逻，感知大脑的改变，分泌免疫活性物质，调节免疫细胞从脉络丛这个门户进入中枢神经系统[119](图2)。在神经退行性疾病中，外周免疫细胞(如单核细胞和淋巴细胞)的迁移、外周免疫系统的激活会导致细胞因子和趋化因子等炎症介质的分泌增加。这些介质可以通过脉络丛到达大脑，持续影响中枢炎症，加剧神经元损伤，导致疾病恶化。然而，与其他细胞因子不同的是，近期有研究发现干扰素γ (interferon-gamma，IFN-γ)在AD患者脉络丛中的信号传导会减少，以及一些促进白细胞迁徙的粘附分子也比正常对照组更低，例如细胞间粘附分子1 (intercellular adhesion molecule 1，ICAM1)、血管细胞粘附分子1 (vascular cell adhesion molecule 1，VCAM1)、C-X-C基序趋化因子10 (chemokine C-X-C ligand 10，CXCL10)和趋化因子C-C基序配体2 (C-C motif ligand 2，CCL2)，这些分子的降低会减少调节性T细胞(regulatory T cells，Tregs)从脉络丛进入中枢神经系统，进而破坏免疫稳态，形成免疫抑制，加速AD疾病进程[120]。这些发现提示脉络丛处的炎症与免疫状态在AD的发展过程中发挥着重要作用，但是其具体的机制还需要更多的研究来进一步阐明。

7.2 帕金森氏综合征

PD是另一种常见的慢性进行性神经退行性疾病，主要影响运动功能，症状包括：静止性震颤、肌张力增高、运动减少、姿势不稳等。虽然PD的病因目前尚不完全清楚，但是很多因素都与PD的发生有关，脉络丛上皮细胞就是其中一个靶点。研究表明，脉络丛的钙化是PD患者神经炎症的显著预测因子，也是易于检测的生物标志物之一来诊断PD[121]。脉络丛的体积在PD患者中增加，增加的脉络丛体积和纹状体亚区的多巴胺转运体蛋白的可用性呈显著的负相关，并且与步态冻结的症状呈现显著的相关性[122]。Gaceb等[123]对原代脉络丛上皮细胞的研究发现，铁氧化酶铜蓝蛋白是病理性脑脊液生成的靶点，而这种蛋白在PD患者中又会被病理性脑脊液氧化和脱胺，进一步增加病理性脑脊液的产生。Boroujeni等[124]探讨了脉络丛上皮细胞条件培养基(choroid plexus epithelial cell-conditioned medium，CPEC-CM)可以和敲除血清(knockout serum，KS)的培养基联合促进人类脂肪来源干细胞(human adipose-derived stem cells，hADSCs)多巴胺能分化的潜力，这为使用hADSCs治疗多巴胺能神经元损伤的PD提供了证据。

脑内α-突触核蛋白异常聚集与PD多巴胺能神经元的丧失密切相关，而α-突触核蛋白内源性表达于脉络丛，并可通过脉络丛上皮细胞进行转运。意料之外的是，在PD患者的脑脊液中观察到α-突触核蛋白含量并未明显增加，但是α-突触核蛋白原纤维增加，脑脊液中这些错误折叠的α-突触核蛋白聚集物是PD进展中痴呆发生的危险因素[125]。最近有研究报道PD等神经退行性疾病患者体内微生物代谢物谱发生改变，这些代谢物能够通过影响脉络丛处巨噬细胞的发育和激活状态来触发中枢神经系统的先天免疫，从而进一步影响疾病的发生发展[126]。这些发现提示脉络丛的功能改变对PD的发生发展起着重要作用，但对于具体的调控机制还需要进一步研究。

8 基于脉络丛的治疗

前文总结了脉络丛上皮在衰老以及神经退行性疾病中的表现和作用，目前，也有一些以脉络丛为靶点治疗神经系统疾病的措施(图2)。

由于脉络丛分泌的神经营养因子有神经保护作用，于是有学者提出可以将正常的脉络丛移植到脑损伤部位，使脉络丛正常分泌神经营养因子来治疗神经疾病。目前脉络丛移植在中风、PD和缺血性脑损伤中取得了积极的结果[127～130]。例如有研究将新生猪脉络丛移植到PD模型的恒河猴体内，由于脉络丛分泌的脑脊液中含有多种神经营养和神经保护因子，接受脉络丛移植治疗的猴子在移植后6个月内神经功能有显著改善，这显示了脉络丛移植治疗灵长类动物PD的潜在价值[129]。除了移植整个脉络丛组织，还有学者提出将体外培养的脉络丛上皮注射到动物的脑脊液，希望移植的细胞可以通过释放弥漫性神经保护因子在脑脊液中发挥作用。实验结果提示，在脑缺血模型小鼠脑室中注射脉络丛上皮后24小时内显著减少神经功能缺损和梗死体积[131]。虽然这些疗法已显示出一定潜力，但也存在一定的风险和挑战。在脉络丛移植的情况下，始终存在免疫排斥的风险，尤其是在移植组织并非来自患者自身的情况下，这会导致炎症，这种炎症反应在神经退行性疾病中可能是有害的。另外，使用体外培养的脉络丛上皮细胞也有形成肿瘤的风险，在移植前确保这些培养细胞的稳定性和安全性至关重要。并且，将脉络丛组织移植到大脑是一项精细的外科手术，存在感染、出血或损伤周围脑组织等风险。由于人们对许多神经退行性疾病的确切机制仍不完全了解，因此要预测基于脉络丛的疗法在长期内会有多大疗效还很困难。尽管存在这些风险，但基于脉络丛的疗法在治疗神经退行性疾病方面潜力巨大，为了应对这些风险和挑战，未来的研究应更注重安全与风险管理、长期疗效的评估、作用机制的深入了解以及移植技术的优化。

由于脉络丛分泌的脑脊液可以包裹整个大脑，为整个大脑提供营养物质，因此有学者提出直接移植年轻个体的脑脊液到老年个体的脑室里，称为“换脑脊液疗法”。目前的结果显示，年轻小鼠的脑脊液富含生长因子，移植到老年小鼠脑室后可以显著改善老年小鼠的认知功能[132]。尽管该疗法具有治疗效果，但也存在一些风险和挑战。由于手术的侵入性，感染风险是主要的关注点之一，为了降低这种风险，手术过程中应严格遵照无菌原则并预防性使用抗生素。同时，脑脊液灌注的量也应根据受体情况严格控制，CSF过度灌流可能导致硬膜下血肿等并发症[133]，灌流不足可能又无法缓解症状，使用可调节的灌流系统以及对脑脊液压力的仔细监测可能有助于控制这一风险，并且定期进行临床和影像学评估对于确保最佳疗效至关重要。

脉络丛上皮是免疫细胞进入大脑的门户，干扰素是调节免疫细胞进入脉络丛上皮的关键，基于此，研究者又提出了针对脉络丛上皮的免疫疗法。干扰素-β(interferon-β，IFN-β)在调节炎症和免疫细胞活性方面发挥着重要的作用。它可以下调粘附分子的表达，并阻止促炎细胞通过脉络丛进入中枢神经系统。这一过程表明，IFN-β可以从多方面有效地治疗与免疫细胞侵入增多相关的衰老疾病[79]。虽然针对脉络丛的免疫疗法前景广阔，但它仍是一个相对较新的概念，还有许多方面需要进一步探究。调节大脑中的免疫反应有可能导致感染或其他意外的免疫相关后果的风险增加，精确靶向脉络丛而不影响其他脑区或全身免疫功能也具有挑战性，并且通过脉络丛操纵免疫反应的长期影响尚不完全清楚，因此未来的研究和临床试验对于充分了解此类方法在治疗神经退行性疾病方面的疗效和安全性十分必要。

9 结语与展望

人们之前对脉络丛上皮的角色和功能的理解是粗浅的，它曾经被认为只是血液和脑脊液之间的屏障，现在已经被证明其在维持大脑稳态和免疫调节等多种过程中发挥着重要作用。事实上，脉络丛的结构、功能和位置使其易对中枢神经系统功能产生显著影响。脉络丛上皮细胞的紧密连接防止外周血液不受控制地泄漏到脑脊液中，脉络丛上皮细胞又含有许多转运蛋白，可以主动分泌神经营养物质传播到大脑。脉络丛上皮也是神经免疫相互作用的关键介质，是免疫细胞进入大脑的通道，在中枢神经系统的免疫监视和反应中发挥着重要作用。此外，脉络丛上皮细胞在清除Aβ等毒性分子方面也发挥着重要作用。在衰老和衰老相关疾病中脉络丛上皮的形态功能都会改变，表现为结构完整性的丧失、分泌活性以及免疫功能的变化，这可能在疾病开始或疾病进展的恶化中发挥核心作用。本文详细讨论了脉络丛上皮的功能，以及其在衰老和年龄相关疾病中的重要性。

迄今为止，还没有任何治疗策略可以很好地对抗衰老和各种衰老相关疾病，鉴于脉络丛是维持大脑稳定的“看门人”，对中枢神经系统的健康有多方面作用，因此脉络丛可能是非常有前景的对抗衰老和治疗衰老相关疾病的新靶点。潜在的策略包括增强其屏障功能、调节其免疫调节作用以及恢复其正常分泌功能，这些方法可为治疗甚至预防与年龄相关的神经退行性疾病提供新途径。但利用脉络丛进行治疗仍然面临着若干难题，其中一个主要的挑战是脉络丛的功能复杂，且其与大脑其他脑区的相互作用仍需深入研究。同时，开发专门针对脉络丛而不会对其他脑区或全身功能产生不良影响的治疗方法也是一个难点。再者，血脑脊液屏障本身对直接向脉络丛输送治疗药物形成了障碍，要克服这一障碍需要在药物设计和递送方面采取创新策略。此外，衰老存在明显的个体差异，这意味着有必要采取个性化的治疗方法。最重要的是，与所有新兴的医学疗法一样，在进行可能改变大脑功能或结构的干预措施时，伦理和监管也必不可少。

脉络丛正在成为衰老领域的关键角色。脉络丛既是大脑和身体其他部分之间的屏障，又是介质，其独特的位置使其成为最前沿的潜在治疗目标。该领域的未来研究不仅有望加深人们对衰老以及年龄相关性疾病的了解，还将为治疗和预防开辟新的可能性。通过关注脉络丛，人们或许能够解决影响全球老龄人口的神经系统疾病中最具挑战性的一些问题。

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Choroid plexus and its relations with age-related diseases

Yunfei Yang1, Yidong Shen2,3

The choroid plexus is composed of epithelial cells situated on the basal layer. The tight junctions between adjacent choroid plexus epithelial cells establish the blood-cerebrospinal fluid barrier. This barrier, in conjunction with the blood-brain barrier, is crucial for the homeostasis of the brain microenvironment. The choroid plexus epithelium secretes cerebrospinal fluid, growth factors, neuropeptides, and lipids into the ventricles and also serves as a gateway for immune cells to enter the brain. The pathophysiology of aging and neurodegenerative diseases remains largely enigmatic, with an increasing body of research linking the choroid plexus to the etiology of these age-related disorders. In this review, we summarize the known relationship between the choroid plexus epithelium and age-related diseases, aiming to provide new therapeutic clues for these disorders.

choroid plexus; cerebrospinal fluid; aging; neurodegenerative diseases

2023-11-30;

2024-01-02;

2024-01-25

国家自然科学基金项目(编号：32270802)资助[Supported by the National Natural Science Foundation of China (No.32270802)]

杨韵霏，博士研究生，专业方向：衰老及衰老相关疾病的机理研究。E-mail: yangyunfei@sibcb.ac.cn

沈义栋，博士，研究员，研究方向：衰老及衰老相关疾病的机理研究。E-mail: yidong.shen@sibcb.ac.cn

10.16288/j.yczz.23-294

(责任编委: 郭伟翔)