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在神经科学与免疫学的交叉领域,脑膜免疫细胞如何调控脑脊液(CSF)动力学一直是个未解之谜。2025年7月,华盛顿大学圣路易斯分校的Jonathan Kipnis团队团队在《Cell》(IF=42.5)期刊发表题为“Mast cells regulate the brain-dura interface and CSF dynamics”的研究论文,首次揭示了硬脑膜肥大细胞(mast cells)在调控脑-硬脑膜界面结构和脑脊液流动中的关键作用。
在这项前沿生命科学发现的过程中,光声显微成像技术(PAM) 为研究团队提供了不可或缺的、在活体、全脑尺度上对脑血管血流动力学进行高分辨率定量监测的关键证据,成为了文章的一大技术亮点。
研究核心:脑膜肥大细胞是脑脊液动态调节的关键守卫者
研究团队发现,位于蛛网膜袖套出口点(ACE points)的硬脑膜肥大细胞能够感知病原体威胁并通过释放组胺等介质,引起桥静脉血管扩张,从而改变脑脊液流动动力学。
这种机制可有效限制细菌和病毒等病原体通过ACE点进入大脑,同时招募中性粒细胞增强局部免疫防御。研究证实,缺乏硬脑膜肥大细胞的小鼠在面对细菌性脑膜炎时,大脑中的细菌载量显著增加,表明这些细胞在防御病原体入侵中发挥着关键屏障作用。
光声显微成像技术的关键作用
本研究的一大亮点是采用多参数光声显微成像技术(PAM),对活体小鼠的脑血管动力学进行了精确观测。研究人员通过PAM技术发现:
肥大细胞激活后,桥静脉血管明显扩张;
大脑皮质动脉血流速度显著降低;
血管氧饱和度保持稳定。
图2G-I:光声显微成像显示c48/80处理后桥静脉血管扩张情况(来源:Cell 188, 1-12, 2025)
图S3Q-R:基于光声显微成像的脑血流氧饱和度定量评估(来源:Cell 188, 1-12, 2025)
这些发现提供了直接的体内可视化证据,证明了组胺介导的血管反应对脑脊液流动的影响,凸显了光声显微成像技术在神经科学研究中的巨大价值。
研究意义与临床前景
该研究不仅揭示了脑膜免疫监测的新机制,还为多种神经系统疾病提供了新的治疗思路:
临床应用方向:
1.细菌性脑膜炎:靶向肥大细胞可能增强中枢神经系统防御能力;
2.偏头痛:肥大细胞释放组胺引起的血管变化可能与偏头痛发病机制相关;
3.神经退行性疾病:调节脑脊液流动可能延缓毒性蛋白积累。
通讯作者Jonathan Kipnis教授指出:"这些发现揭示了脑膜肥大细胞在调节脑脊液流动和预防病原体入侵中的核心作用,针对肥大细胞或其介质的靶向治疗可能为脑部感染提供新的治疗途径。"
参考文献:
Mamuladze, T., et al. (2025). Mast cells regulate the brain-dura interface and CSF dynamics. Cell 188, 1-12. https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.06.046
光声显微成像:高端科研的利器
本研究的成功充分展示了先进成像技术在生命科学研究中的重要性。光声显微成像作为跨尺度、多参数的活体成像技术,能够同时提供结构、功能、血流动力学等多维度信息,已成为推动高端科研发展的关键工具。
随着成像技术的不断进步,研究人员现在能够在活体环境中实时观察生理过程,获取更加精准的动态数据,这将极大地推动生命科学领域的研究进展。
高分辨光声多模成像系统 GAni
成像案例
脑血管深度编码图
脑血管光声强度图
脑血管与胶质淋巴通路
脑血管与脑膜淋巴管
脑部血管-淋巴代谢多模态解析
高分辨率光声成像,通过多波长同步激发,同时采集脑血管(CVs)、脑膜淋巴管(mLVs)与脑实质内类淋巴途径(glymphatic pathways),清晰完整呈现脑部的结构及代谢功能,兼具活体、高分辨率、大视野和分子特异性优势,该技术突破了传统方法(如免疫荧光需解剖、MRI分辨率不足、双光子视野小的局限)无法同时满足的脑膜血管和淋巴管成像需求的痛点,为神经退行性疾病(如阿尔茨海默病、帕金森病)的血管-淋巴-代谢机制研究提供了全新工具。
肿瘤血管
肿瘤血管与探针共定位
肿瘤与NIR探针功能成像
成像结果通过多波长激发(如NIR-II波段),高分辨展示肿瘤新生血管的异常形态及血氧代谢异质性,与周围正常组织形成高对比度区分;结合外源性探针(如有机染料、无机纳米颗粒等),可动态追踪近红外材料在血管内的分布,为肿瘤边界界定、肿瘤渗透、药物靶向递送评估及抗血管生成治疗监测提供多参数可视化工具。
肝血窦(左图 正常肝脏,右图 纤维化肝脏)
肾脏
肺脏
心脏
睾丸
胎盘
鸡胚
虹膜
