nature neuroscience：颅骨骨髓通道是中枢神经系统的免疫通道

文摘 2024-12-13 16:41 河南

几十年的研究表明，多种免疫细胞监视着中枢神经系统。最近，连接脑膜与头骨和椎体骨髓的骨通道（所谓的“颅骨通道”）的发现揭示了我们对神经免疫相互作用的理解的一个新的复杂层面。在这里，我们讨论我们目前对颅骨和椎体骨髓解剖的理解，它对脑膜的白细胞的贡献，以及它对中枢神经系统的监视。我们探讨造血输出对中枢神经系统健康的作用，重点关注健康和疾病期间免疫细胞的供应。

正文

长期以来，人们一直认为中枢神经系统与免疫系统是分离的，并且认为这些系统只在病理条件下相互作用。过去几十年的研究挑战了这一模型，揭示了免疫系统和中枢神经系统之间深刻的相互作用。具体来说，中枢神经系统并不像以前认为的那样孤立：白细胞转运的结果对中枢神经系统不可渗透的血管系统的概念提出了质疑，大脑的脑膜层和脉络膜丛具有强大的免疫存在，脑膜淋巴管为免疫细胞和分子提供了一个出口，各种脑膜隔室存在脑自身抗原。这一集体证据表明，中枢神经系统免疫监测集中在其边界（图1）。

在中枢神经系统边界的免疫室的特征促使研究这些细胞的个体发生。这导致发现颅骨和椎骨内的骨髓为底层的脑膜提供免疫细胞。在小鼠和人类中，这些免疫细胞库在解剖学上与中枢神经系统相连，并对中枢神经系统环境的扰动做出快速反应，这表明在这两个区室之间存在特殊形式的神经免疫通讯。这一发现为我们对神经免疫通讯的理解引入了一个新的复杂层面，具有揭示新的中枢神经系统疾病机制和治疗靶点的巨大潜力。

本总数的目的是总结目前关于颅骨骨髓的知识，并讨论从这个隔室产生的造血输出如何影响中枢神经系统的健康。我们将特别关注以下问题：(1)什么是颅骨骨髓？(2)这个隔室是如何与中枢神经系统沟通和测量的？(3)在健康和疾病期间，颅骨和椎体骨髓向中枢神经系统供应什么？为了理解这种特殊免疫细胞供应的潜在作用，首先回顾一下白细胞通常是如何在造血龛中产生的是很重要的（box1）。

图1 |中枢神经系统外边界的免疫景观。中枢神经系统包含三层膜，称为脑膜。

最内层是软脑膜，与脑实质直接接触。软脑膜上方是蛛网膜，这两层膜之间的蛛网膜下腔充满了脑脊液。蛛网膜下腔也包含延伸至脑实质的动脉和静脉。蛛网膜上方是硬脑膜，其中包含静脉窦，引流脑静脉，以及脑膜淋巴血管，引流脑脊液。硬脑膜与上覆的颅骨骨髓相连。这些脑膜层和颅骨骨髓含有不同的免疫细胞亚群，其中许多在大脑发育，社会和认知行为以及CNS抗原向免疫系统其他部分的递呈中发挥重要作用。SAS，蛛网膜下腔。

BOX1:造血概述

骨髓是一种分布广泛的器官，居住在全身的骨骼中。它的主要功能是产生血细胞，包括红细胞、血小板和大多数白细胞亚群。由于一些白细胞的寿命相对较短（例如，中性粒细胞和单核细胞的寿命不到一周），骨髓是人体最具增殖能力的组织之一，每天释放数十亿个新细胞。鉴于白细胞在应对损伤和感染方面的重要作用，骨髓可以被认为是一个关键的免疫器官。

造血干细胞（hsc）是所有循环血细胞的前体，能够长期自我更新。它们存在于骨髓中专门的微环境或小生境中，促进它们的维持和分化为更坚定的祖细胞，最终形成成熟的细胞类型。总的来说，造血干细胞和更稳定的祖细胞被称为造血干细胞（表2）。虽然造血干细胞向稳定祖细胞和最终成熟细胞的逐步分化被认为是以分层方式发生的，并逐步限制细胞分化潜力，但最近的证据表明，谱系偏见可能是通过各种启动机制在单个造血干细胞水平上预先确定的。这些分化状态的发现促进了超越经典等级分化模型的表面标记的表征，并允许对特定亚种群的研究。

除了造血干细胞及其后代外，基质细胞也是造血龛的组成部分。骨髓基质，特别是间充质基质细胞和血管内皮细胞，是造血因子的主要产生者，如干细胞因子、CXCL12、IL-7、FLT3L、MCSF、IL-34、IL-15、GCSF等，促进造血干细胞的维持以及淋巴和髓细胞的分化。交感神经和疼痛相关神经支配也是造血干细胞动员的主要调节因子。交感神经通过向间质细胞发送信号间接调节HSC的昼夜动员，而伤害神经（疼痛相关神经）通过分泌降钙素基因相关肽直接诱导动员，激活HSC受体。除了局部产生的因子外，正常的造血还可以受到来自骨髓外的远程信号的影响，例如肝脏产生的促进血小板形成和HSC维持的血小板生成素。

颅骨和骨髓通道解剖

颅骨和骨髓通过骨包裹的血管通道连接到中枢神经系统边界。这些通道，我们将在后面的章节中讨论其功能，从直接与硬脑膜相对的内颅骨皮层开始，延伸到骨髓腔。x射线显微断层扫描(micro-CT；表1)颅骨显示这些结构在人和动物中普遍存在。通道不同于顶导静脉（emissary vein）或板障静脉（diploic veins），顶导静脉或板障静脉大几个数量级，数量较少，并穿过整个颅骨厚度并连接到中央静脉窦（图1）。

在小鼠中，这些通道遍布额、顶骨和枕骨，宽度从20 μm到25 μm不等。通常，血管通过颅骨通道，连接硬脑膜血管和骨髓窦血管。电镜显示骨和管腔侧之间的血管旁间隙。在老鼠的整个头骨上有大约1000个通道。相比之下，人类成人的外交静脉网络总共包含60-80条，说明了这些通道类型的解剖学差异。额骨和枕骨的通道密度最高，其连接量约为顶骨的四倍（约14个通道/mm2 vs 3.9个通道/mm2）。虽然额骨和枕骨的通道密度相似，但额骨颅骨的通道长度为~80 μm，枕骨的通道长度为~110 μm。虽然骨骼的宽度、密度和长度不均一性尚不清楚，但我们推测这些解剖学上的差异可能与通道功能的不均一性有关，即它们促进细胞迁移或可溶性因子运输的能力。

在人类中，在减压颅骨切除术中获得的样品的微ct显示了连接颅骨内皮层和骨髓腔的类似通道。人类的这些通道的直径是老鼠的四到五倍。和老鼠一样，人类的头骨也有通道将颅骨骨髓腔连接到下面的脑膜，尽管其他通道也将颅骨外皮层连接到骨膜。这些外皮层-骨膜连接的功能尚不清楚。然而，一份报告表明，人类头骨的两个皮层的通道都是血管化的，直径相似。有趣的是，这些连接与最近描述的长骨的皮质血管（TCVs）有一些相似之处。长骨tcv是通过骨通道穿过骨皮质的毛细血管，将骨髓与体循环连接起来。此外，与颅骨通道相比，TCV通道具有相似的直径、长度和形态，这表明这些结构可能在不同的骨骼中具有相似的功能。

关于头骨通道的发育起源及其在哺乳动物一生中的地位，我们知之甚少。这些通道是否从出生时就存在，还是在出生后和衰老过程中发展和改造，仍然是一个悬而未决的问题。考虑到成年小鼠颅骨通道的区域异质性和出生后人类颅骨的可塑性，如果通道在一生中都是静态的，那将是令人惊讶的。此外，骨重塑是发生在其他骨骼中的一个很好的描述过程，可能在重塑颅骨通道中起作用。

颅骨和骨髓通道功能

最初确定颅骨骨髓通道的研究也提出，这些通道是白细胞向硬脑膜迁移的直接途径（图2）。使用Cx3cr1-GFP小鼠（在骨髓细胞如单核细胞、树突状细胞和巨噬细胞中表达GFP）， Herisson和同事观察到颅骨通道内的单核细胞和抗体染色的中性粒细胞。器官浴制剂的实时成像（表1）显示细胞通过颅骨通道的中央CD31+血管向下层脑膜运输。与这些发现一致，Cai及其同事还检测了光学清除的Lyz2-EGFP小鼠颅骨通道内的细胞（表1），其中单核细胞，巨噬细胞和中性粒细胞表达GFP。脑卒中诱导后的光谱分辨细胞追踪表明，与来自远端长骨的细胞相比，来自颅骨的中性粒细胞在缺血脑组织中的比例过高。鉴于这些离体成像和体内细胞跟踪实验所涵盖的时间跨度有限，颅骨对脑膜中稳态免疫群体的贡献程度仍不清楚。

在这些最初报告的几年后，三个研究表明，颅骨和椎体骨髓持续向脑膜提供免疫细胞亚群。通过异种共生，两只老鼠通过手术连接在一起共享循环系统，Cugurra和他的同事们观察到颅硬脑膜和脊髓硬脑膜的免疫细胞嵌合水平低于血液。这些发现提出了一种可能性，即在硬脑膜内，髓细胞——特别是中性粒细胞、单核细胞、巨噬细胞和树突状细胞——并非都来自血液。颅骨移植（表1）实验显示颅骨来源的髓样细胞迁移到下层脑膜。与先前的发现一致，颅骨来源的细胞似乎沿着由脑膜覆盖的内部骨皮质形成的通道排出。

单独的研究也表明脑膜B细胞可能来源于颅骨骨髓。异种共生实验表明，脑膜B细胞并非主要来源于循环B细胞，单细胞B细胞受体测序显示，与血液相比，脑膜B细胞之间几乎没有克隆重叠，这表明脑膜B细胞具有局部来源。虽然多项研究报道了硬脑膜中存在成熟B细胞及其祖细胞，但对于未成熟B细胞的来源存在分歧。虽然一些研究声称淋巴细胞及其祖细胞通过颅骨通道从周围的颅骨骨髓迁移，但另一些研究认为淋巴细胞祖细胞是长寿命的驻留细胞，可在局部维持脑膜淋巴细胞池。颅骨骨髓的组织学分析显示，连接下层硬脑膜的通道内有未成熟的B细胞；然而，由于典型的造血微环境仅存在于颅骨骨髓中，因此目前尚不清楚脑膜内持续的造血是否单独有助于脑膜免疫室（框2）。

白细胞从颅骨穿过颅骨通道的确切方法才刚刚开始出现。基于体内成像和组织学，我们目前的理解是，免疫细胞可能从颅骨骨髓中迁移出来，通过通道的血管周围空间或沿着通道的血管腔进入脑膜，然后渗出到硬脑膜。年轻小鼠的体内成像（它们的颅骨较薄，因此可以更好地成像颅骨通道）显示，中性粒细胞在中风后向底层硬脑膜迁移。布里奥斯基及其同事的组织学评估表明，B细胞沿着颅骨通道内的凝集素标记血管的外部血管旁的追钟。有趣的是，离体全颅骨器官延时成像显示Cx3cr1+白细胞沿着血管壁向通道开口的硬脑膜侧爬行。早期描述白血病细胞沿血管周围空间迁移到脑膜的工作也提示血管周围迁移到硬脑膜。

虽然腔外和腔内的迁移模式都是可能的——正如长骨TCVs28中的白细胞所显示的那样——但某些头骨来源的细胞类型是否偏向于其中一种迁移形式，或者头骨通道是否存在支持任何一种迁移形式的异质性，仍有待观察。在健康条件下观察颅骨通道迁移的挑战是每个通道的“事件”频率低，同时整个颅骨的通道丰富度高。虽然长期的异种共生实验表明脑膜中某些类型的细胞持续来源于局部骨髓，但组织学评估显示，每隔一个通道（约1个Lyz2-GFP+细胞）运输较少。显然，我们需要更好的体内成像来直接观察免疫细胞在通道内的运动，并确定其迁移的方向性和程度。这样的研究将提供更直接的证据来支持通道作为从颅骨骨髓到底层脑膜的细胞导管的假设。此外，研究引导这种迁移的机制，如趋化因子梯度或细胞外基质提示，可以深入了解通道在中枢神经系统健康和疾病中的作用。

图2 |颅骨和椎体通道为双向导管。

中枢神经系统相关的骨髓在解剖上通过穿过内骨皮质进入骨髓腔的颅骨通道与下层硬脑膜相连。这些通道包含一条从硬脑膜延伸到骨髓的血管，并与窦状血管汇合。在骨髓中，造血干细胞位于血管周围的壁龛中，在那里骨髓生成、淋巴生成和红细胞生成的过程在空间上是分离的。骨髓中产生的免疫细胞通过通道进入下层脑膜。除了允许细胞运输外，血管周围空间还允许脑脊液流入骨髓。尽管有强有力的证据支持脑脊液外排到硬脑膜以及周围的骨髓，但脑脊液能够绕过蛛网膜的确切途径仍不清楚。

考虑到这种看似专门的造血来源供应中枢神经系统边缘组织和骨髓对环境触发的快速反应能力，问题出现了，中枢神经系统是否可以与周围的骨髓沟通，以指导其免疫供应。这导致了神经免疫信号轴的发现，其中脑脊液（CSF）可以通过颅骨通道直接进入颅骨骨髓，为这个免疫细胞库提供上下文依赖的信号（图2）。注射到小鼠大池的荧光示踪剂被发现在颅骨骨髓内积累。脑脊液示踪剂通过颅骨通道经血管旁途径到达颅骨骨髓，并在通道和骨髓的血管周围细胞中取样。有趣的是，流入颅骨骨髓的脑脊液也与造血干细胞和祖细胞（HSPCs）结合，表明这一信号轴可能潜在地指导中枢系统特异性造血。最后，这些研究表明脑脊液进入颅骨骨髓的过程贯穿于出生后的整个生命周期，这开启了脑脊液成分的变化可以动态地塑造向中枢神经系统的造血输出的可能性。虽然这些实验揭示了中枢神经系统和骨髓之间串扰的潜在途径，但未来的研究将使用探测天然的、未受干扰的脑脊液流的工具来进一步验证这种交流。

已对健康人以及脑脊液循环障碍（如特发性常压脑积水、交通性脑积水和特发性颅内高压）患者的脑脊液向颅骨骨髓流出进行了评估。磁共振成像显示硬脑膜沿矢状旁硬脑膜延伸至颅骨骨髓，并向更外侧延伸。脑脊液鞘内注射造影剂（钆布醇）可使沿矢状旁硬脑膜的颅骨骨髓信号增强，而血液中钆布醇的浓度仍低得多。脑脊液疾病患者鞘内注射钆布醇后颅骨骨髓信号增加，而健康对照组则较少。虽然这些结果表明脑脊液病理可以增加脑脊液向颅骨骨髓的外排，但该方法的有限敏感性和研究的重点是顶骨骨髓，并不排除健康个体也经历了脑脊液到骨髓的交流。是否颅骨区域有更多的通道，例如：枕骨或额骨，或更腹侧的位置，如蝶骨，在人类中具有更高的脑脊液运输是一个重要的开放性问题。

小鼠脑脊液中可溶因子介导中枢神经系统与颅骨骨髓通讯的发现提出了一个问题，即中枢神经系统与周围骨髓通讯是否存在其他机制，如神经支配，已知神经支配可促进外周骨髓的免疫反应。除了揭示这两个区室之间的稳态信号传导机制外，中枢神经系统到骨髓的信号传导可能与神经系统疾病有关，我们将在下面讨论。

BOX2：脑膜能维持造血吗？

硬脑膜是否作为颅骨骨髓外的造血生态位是目前争论的话题。来自多个小组的证据支持硬脑膜中存在B细胞祖细胞，但其来源尚不清楚。一些人认为它们来自于覆盖的颅骨骨髓，而另一些人则声称它们是通过本地hspcs的增殖来维持的。如果后者是真的，它将被归类为髓外造血，在这个过程中，造血扩展到骨髓外的兼性壁龛。正常情况下，成年哺乳动物造血的主要部位是骨髓，但在怀孕、感染或癌症等严重的造血压力下，造血功能可以短暂地扩展到这些小环境。例如，支持脾髓外造血的因素已被很好地描述，并与骨髓生态位有许多相似之处。在脾脏，造血干细胞维持在红髓窦血管周围，基质细胞和内皮细胞产生Cxcl12和干细胞因子。

尽管有证据支持硬脑膜中存在造血干细胞，但是否在那里发生持续的造血仍不清楚。虽然硬脑膜共享一些对造血重要的元素，如IL-7和Cxcl12的表达除了交感神经外，还有一些知识上的空白，使我们无法明确地得出造血在脑膜内维持的结论。目前，从硬脑膜中分离出造血干细胞的证据非常充分，集落形成单位试验和连续移植试验表明，从硬脑膜中分离出的造血干细胞能够进行多系重建。然而，这些发现的一个主要警告是，由于通道密度高，硬脑膜和颅骨骨髓之间通常存在结构粘附性。考虑到硬脑膜需要从颅帽上剥离以分离细胞，目前描述脑膜内造血的数据不能排除从脑膜中分离的造血干细胞来源于颅骨的可能性。转录组学数据显示颅骨和硬脑膜hsc之间差异不大，组织学证据表明，hsc可以在在硬脑膜窦周围发现。然而，考虑到硬脑膜窦上方血管化颅骨通道的密度，这些造血干细胞有可能在体内通过通道迁移，或者在全贴载制备过程中从覆盖的骨髓中取出。脑膜内造血的可能性是有趣的，应该用更明确的方法进一步探索。为了防止组织分离过程中潜在的污染，可以使用光学清除完整硬脑膜和颅骨的全贴装制剂。此外，新的基因条形码工具可以量化造血干细胞的克隆关系，可以破译脑膜造血干细胞是否来源于颅骨造血干细胞，或者它们是否构成一个独立的自我更新群体。

神经系统疾病的颅骨和椎体骨髓

中风和中枢神经系统损伤

免疫细胞募集是中枢神经系统损伤进展的基础。初步研究表明，颅骨骨髓来源的免疫细胞对缺血性脑的贡献表明，在损伤后6小时内，迁移的中性粒细胞和单核细胞出现在梗死区，表明颅骨骨髓是一个早期反应者。在中风后的颅骨骨髓中，造血生态位保留因子Cxcl12下降，可能使单核细胞和中性粒细胞从颅骨向大脑输出（图3a）。与这种早期反应一致的是，最近的一项研究表明，缺血性中风后颅骨骨髓的转录发生了快速变化。

在人类中，PET配体摄取和结合TSPO（一种炎症标志物）的模式在空间上是不同的。在10例急性脑卒中患者（< 72 h）的颅骨骨髓中，示踪剂摄取遵循颅底缺血模式。有趣的是，脑卒中患者脑卒中后3个月的纵向成像显示颅骨TSPO信号整体下降。这些人类数据表明，颅骨骨髓可以对脑缺血作出反应；然而，分析更大的队列将有助于揭示颅骨骨髓反应是否随中风的位置、大小或类型而变化。此外，虽然损伤后引起颅骨骨髓反应的信号可能是含有csf的信号，但骨髓神经支配也可能起作用，正如在股骨中所显示的那样。

除中风外，脊椎和颅骨骨髓在损伤后分别向脊髓实质和视神经输送单核细胞。每一种中枢神经系统组织都有空间相关的骨髓，骨髓通过骨通道与脑膜相连，从而为中枢神经系统的浸润提供了直接途径的局部白细胞来源。除了损伤，组织应激也可能引发邻近的骨髓反应，最近的一项TSPO-PET研究显示，偏头痛后伴有视觉光晕的患者枕皮质上的颅骨区域被激活。颅骨/椎骨源性髓细胞与血源性髓细胞对中枢神经系统损伤和修复的影响是否存在差异，仍是一个值得进一步研究的开放性问题。

中枢神经系统感染

脑膜炎是由中枢神经系统周围的脑膜层感染引起的。鉴于其邻近性，颅骨骨髓可以作为中枢神经系统病原体入侵的哨兵。将细菌引入中枢神经系统的研究表明，细菌沿颅骨通道迁移到颅骨骨髓23（图3b）。在骨髓中，巨噬细胞吞噬细菌，而HSPCs在与toll样受体结合后增殖。这种增殖反应在感染后数小时内发生，影响小鼠颅骨骨髓中所有研究的髓系祖细胞，随后白细胞被动员到潜在的脑膜（图3b）。

虽然嗜神经病毒（如单纯疱疹病毒、西尼罗河病毒和寨卡病毒）会导致中枢神经系统的结构和功能损伤，导致认知能力下降，但这些病原体是否会感染头骨和脊椎骨髓中的细胞，从而潜在地破坏中枢神经系统边界的长期免疫供应，目前尚不清楚。了解嗜神经病毒如何影响向中枢神经系统的造血输出，以及这个储存库是否可以作为治疗目标来逆转感染后的神经系统症状，是非常有趣的。

图3 |颅骨骨髓对中枢神经系统扰动的反应。由于靠近中枢神经系统，颅骨骨髓可以感知中枢神经系统损伤并动员免疫供应到底层组织。另外，骨髓生态位的扰动可以改变造血输出到中枢神经系统。a，在中枢神经系统损伤后，如脊髓损伤或中风，HSPCs迅速增殖。这扩大了单核细胞和中性粒细胞进入下层硬脑膜和受损的中枢神经系统实质的供应。这种快速反应部分是由于含有csf的线索进入骨髓，并且可能是对组织损伤和细胞死亡导致的损伤相关分子模式的反应。此外，局部保留信号如Cxcl12下调，导致HSPCs的动员和单核细胞和中性粒细胞的分泌。b、细菌性脑膜炎中，病原体利用颅骨通道的解剖结构侵入骨髓。造血干细胞以及单核细胞和中性粒细胞的快速扩增是由于先天病原体感知以及局部促炎细胞因子的产生。c、在中枢神经系统自身免疫性疾病中，自身反应性T细胞返回骨髓并向造血干细胞发出信号，促进单核细胞和中性粒细胞的优先过度生产。

虽然这种T细胞归巢和骨髓生成歪斜似乎发生在颅骨/椎体骨髓和股骨髓中，但最近的证据表明，在实验性自身免疫性脑脊髓炎期间，颅骨/椎体骨髓来源的骨髓细胞可能在功能上不同于循环中的骨髓细胞。虽然似乎存在有利于骨髓生成的保守反应，但这些骨髓细胞是否获得特定环境的表型仍有待观察。

多发性硬化症（MS）

多发性硬化症（MS）是一种神经系统疾病，由单核细胞和单核细胞的波驱动，由自身免疫攻击中枢神经系统髓磷脂引起淋巴细胞进入大脑和脊髓。在多发性硬化小鼠模型中，自身反应性T细胞迁移到骨髓并通过CCL5扩增骨髓生成，增加CCR5+骨髓偏向HSPCs45的增殖（图3c）。髓细胞输出量的升高会增强中枢神经系统的炎症。与骨髓活化增强相一致，原发性进行性和复发缓解型MS患者的TSPO-PET成像显示颅骨骨髓增强。在另一项研究中，异种共生实验显示，在实验性自身免疫性脑脊髓炎诱导下，脊髓有规律地浸润在椎体骨通道下，脊髓骨髓来源的单核细胞优先迁移到脊髓硬脑膜和脊髓实质。单细胞rna测序分析椎体骨髓富集细胞组分与循环血液细胞组分的差异揭示了不同的转录表型，血液来源的细胞显示出Cxcl10hi特征，该特征先前被定义为实验性自身免疫性脑脊髓炎的致病性。尽管来自颅骨的单核细胞与其他骨骼的单核细胞在基线上存在转录差异，但在病变组织中观察到的这些表型是由组织浸润途径（例如，通道与血液）内在引发还是由组织浸润途径形成仍有待观察。

除了作为骨髓细胞储存库的功能外，颅骨和椎体骨髓及其后代细胞也可能是自身免疫中中枢神经系统耐受的核心。颅骨骨髓是一个淋巴生成部位，可将未成熟和成熟的B细胞输送到下层硬脑膜组织。因为这两种组织都能接触到csf，因而也能接触到由中枢神经系统产生的分子，它们会遇到独特的中枢神经系统相关抗原，这些抗原对于胸腺外清除自身反应性B细胞至关重要。髓鞘少突胶质细胞糖蛋白（MOG）是中枢神经系统髓鞘的一个重要组成部分，由于内源性MOG外排到硬脑膜，颅骨骨髓源性B细胞发生负选择。虽然这种mog反应性B细胞在硬脑膜中被清除，而不是在颅骨骨髓中，但脑脊液持续进入颅骨和椎体骨髓开启了额外的cns反应性B细胞在颅骨发育过程中形成以消除自身反应性淋巴细胞的可能性。

中枢神经系统肿瘤

轻脑膜转移是外周肿瘤的一种破坏性并发症，可导致恶性细胞在CNS中扩散。急性淋巴细胞白血病动物模型显示，恶性细胞在颅骨骨髓内积聚，随后通过整合素介导的粘附，沿着颅骨通道中层粘连蛋白包被的血管迁移到下层脑膜。与最近发现脑脊液为动员颅骨骨髓提供指导性线索一致，transwell实验利用急性淋巴细胞白血病、乳腺癌或肺癌细胞证实脑脊液含有促进恶性细胞迁移的化学引诱剂。这些数据表明，癌细胞可能会利用csf -颅骨骨髓线索作为中枢神经系统的路标，并强调了中和含有csf的分子以抑制中枢神经系统转移的治疗潜力。

肿瘤微环境主要由神经细胞、免疫细胞和基质细胞组成，是肿瘤进展的关键调控因子。颅骨骨髓细胞的产生如何影响抗肿瘤免疫？颅骨骨髓来源的细胞是否在肿瘤微环境中构成一个独特的免疫群体，就像在中枢神经系统自身免疫的小鼠模型中一样？免疫疗法如gd2导向嵌合抗原受体T细胞最近被开发用于治疗某些儿童脑肿瘤，其中许多肿瘤靠近致密的骨髓区域，这表明颅骨和椎体骨髓来源的细胞可能是肿瘤微环境中的关键参与者。这是至关重要的破译如何嵌合抗原受体T细胞影响造血输出和这是否有助于治疗效果。

老年痴呆症

免疫系统在阿尔茨海默病（AD）的进展中起着关键作用。由于阿尔茨海默病中的神经免疫相互作用和颅骨骨髓在健康中的作用直到最近才被认识到，因此对阿尔茨海默病中骨髓的变化知之甚少。在5XFAD小鼠模型和AD患者中，TSPO-PET研究显示，AD脑中的炎症反应与AD病理相关区域（如覆盖颞叶和顶叶皮质的颅骨）的颅骨骨髓激活是平行的。有趣的是，基线后18个月的纵向成像扫描显示，AD患者的这些颅骨区域的TSPO信号增加。考虑到AD中脑脊液炎症介质和可溶性致病蛋白的变化，脑脊液成分的慢性改变可能影响颅骨骨髓中产生的细胞的募集和表型。

单核细胞来源的巨噬细胞在多大程度上导致AD仍有争议。虽然异种共生研究表明，循环单核细胞在ad小鼠模型中不能植入大脑，但最近的单细胞rna测序数据表明，骨髓来源的巨噬细胞在衰老和AD小鼠模型中确实植入大脑。因此，颅骨骨髓可能是AD患者单核细胞的局部来源。有趣的是，一项研究发现，在衰老和AD的APP/PS1模型中，淀粉样前体蛋白和早老素1都发生突变，瘦脑膜中的单核细胞数量减少，这表明它们在颅骨中的产生或它们进入瘦脑膜的途径可能受到损害。此外，缓解免疫抑制的抗pd -1抗体通过募集骨髓源性巨噬细胞改善5XFAD小鼠的认知表现。骨髓中T细胞的再激活可能通过免疫检查点抑制增强单核细胞的产生和随后对AD病理的控制。

年老

虽然衰老不是一种疾病，但衰老和神经退行性疾病都与中枢神经系统炎症有关，导致白细胞在大脑及其边界积聚和克隆扩增。这些与年龄相关的变化在多大程度上可归因于周围颅骨和骨髓的改变尚不清楚。例如，老化的骨髓在受到来自改变的生态位细胞的白细胞介素(IL)-1β、IL-6和肿瘤坏死因子等因素的影响下，从淋巴细胞转向骨髓生成。此外，颅骨骨髓脂肪随着时间的推移以性别特异性的方式增加，女性在45岁至70岁之间表现出动态增长，最终与男性的基线脂肪水平相匹配。在健康的cns中，颅骨和椎骨是硬脑膜的主要B细胞来源。在衰老过程中，B细胞的供应和成熟被破坏。虽然年轻脑膜的B细胞具有均匀分布的克隆性，但老年脑膜的B细胞克隆扩增明显。这些克隆群体与循环血液中的B细胞克隆重叠，表明抗原经历的B细胞外周浸润进入老年硬脑膜。驱动脑膜中外周与颅骨和椎体骨髓源性B细胞转变的机制尚不清楚，但值得深入研究。

虽然骨髓生态位的细胞组成和造血输出随着年龄的变化而变化，但尚不清楚颅骨和椎体骨髓感知传入中枢神经系统信号的能力是否会发生变化。尽管脑脊液进入颅骨骨髓的途径在小鼠的整个生命周期中保持一致，但衰老对颅骨和椎体骨髓通道丰度或形态的影响及其对免疫细胞进入硬脑膜或大脑的影响尚不清楚。最后，鉴于纤维化是脑膜老化的标志，确定异常的细胞外基质沉积是否影响颅骨通道是一个重要的问题。

BOX3：未来的重要方向

1. 脑脊液是如何穿过蛛网膜最终到达硬脑膜的？可能的机制包括通过蛛网膜的胞吞作用或通过蛛网膜间隙的流动。

2. 颅源性和椎源性细胞进入中枢神经系统实质的解剖途径是什么？

3. 例如，造血是由肾脏产生的远程信号支持的。脑脊液中是否含有中枢神经系统特异性的线索来形成或支持颅骨和椎骨的造血？

4. 血管纤维化是衰老的标志。这个过程如何改变颅骨通道内的血管周围空间？这是否会影响细胞向底层脑膜迁移的能力？

5. 免疫细胞表型在迁移过程中对血管信号敏感。颅骨通道内的脉管系统是否影响脑膜募集细胞的表型？

6. 脑膜是否独立于上覆的颅骨和椎体骨髓支持原位造血？

7. 脑脊液成分在正常发育和神经退行性变过程中发生变化。一生中脑源性分子如何影响邻近骨髓中免疫细胞的产生？

8. 颅骨和椎体骨髓来源的细胞在功能上与其他骨髓来源的细胞不同吗？还是这种紧密的解剖组织只在更快的招募动力学方面有益？

9. 通过移除颅骨进行手术减压是在严重中风和其他颅内压明显升高的情况下进行的。除了最初的减压效果之外，切除部分颅骨骨髓的长期效果是什么？这是如何影响硬脑膜的免疫组成的，它是否会随着时间的推移影响中枢神经系统感染的解决甚至癌症转移？

10. 从头骨/脊椎骨髓到脑膜的细胞运输是否以昼夜节律的方式发生？

结束语

直到最近，人们还认为颅骨骨髓是另一个产生血细胞的地方。相反，这个造血隔室可能更重要，因为它与中枢神经系统有独特的联系，通过颅骨通道进行边界，这使得骨髓区域与邻近的脑膜、神经组织和脑脊液之间的双向“私人通信”成为可能。由此产生的细胞和信号交换可能不同于由体循环促进的骨髓相互作用，并可能支持大脑发育、体内平衡和中枢神经系统防御中的特定功能。虽然目前已有少数研究证明了颅骨通道的存在及其一些功能，但关于颅骨骨髓对脑健康的影响仍存在许多悬而未决的问题（方框3）。解决这些问题将提高我们对中枢神经系统炎症的理解，并可能增加一种不同于脑驻留细胞和血源性细胞的中枢神经系统免疫的新地形类别。

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