《TRENDS IN Immunology》:Decoding brain border immunity to enable future therapeutic avenues
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这篇综述系统阐述了脑边界免疫(brain border immunity)的前沿研究,颠覆了传统“免疫豁免”认知。文章指出脑膜(meninges)、血脑屏障(BBB)、脉络丛(ChP)和颅骨骨髓(SBM)构成动态免疫界面,通过脑脊液(CSF)循环、淋巴引流和细胞迁移形成“外周-脑轴”免疫网络。新兴成像(如双光子显微镜)和多组学技术揭示了这些界面在抗原采样、免疫细胞招募和神经免疫信号传递中的精密调控机制,为靶向干预神经炎症、神经退行性疾病等提供了新范式——通过调节边界免疫而非侵入脑实质,有望实现精准神经免疫治疗。
脑边界免疫:从孤立屏障到动态界面
传统观点认为中枢神经系统(CNS)是免疫豁免区,但近年研究发现脑边界区域(脑膜、血脑屏障、脉络丛、颅骨骨髓)构成活跃的免疫界面。这些区域通过特异性细胞群落、迁移路径和微环境信号,协调外周与脑实质的免疫对话。例如,颅骨骨髓通过骨通道直接向脑膜输送髓系细胞,而脑脊液中的信号可反向调控骨髓造血功能,形成双向免疫调节网络。
脑膜:CNS免疫监视的门户
脑膜三层结构(硬脑膜、蛛网膜、软脑膜)不仅是机械保护层,更是免疫细胞聚集地。硬脑膜沿静脉窦分布淋巴样组织(DALTs),含B细胞滤泡、T细胞区和高内皮微静脉,支持抗原呈递。蛛网膜屏障细胞(ABCs)通过紧密连接分隔硬脑膜与蛛网膜下腔,但其通透性可被炎症或衰老改变。脑膜淋巴管将CNS抗原与免疫细胞引流至颈深淋巴结,连接CNS与系统免疫。最新成像技术显示,肥大细胞在蛛网膜袖套出口点(ACEs)通过组胺调节局部通透性,促进中性粒细胞招募。
血脑屏障:动态免疫界面
血脑屏障由内皮细胞、周细胞和星形胶质细胞终足构成神经血管单元(NVU)。血管周围间隙(PVSs)作为脑脊液-间质液交换通道,富含可自我更新的血管周围巨噬细胞(PVMs),后者表达MHC-II并调控血管完整性。炎症时,内皮细胞上调ICAM-1、VCAM-1等黏附分子,引导淋巴细胞跨内皮迁移。类器官芯片模型证实,趋化因子梯度与机械力共同调控免疫细胞穿越过程。靶向NF-κB或STAT信号通路可减轻实验性自身免疫性脑脊髓炎(EAE)的免疫细胞浸润。
血-脑脊液屏障:脉络丛的免疫枢纽作用
脉络丛上皮细胞通过紧密连接形成血-脑脊液屏障,其基质内含巨噬细胞、树突状细胞(DCs)和T细胞。顶端分布的丛上皮细胞(epiplexus cells)具吞噬功能,而cDC1亚型可能维持免疫耐受。新发现的脉络丛基底屏障细胞(BBCs)通过表达Cldn-11和ZO-1封闭基质与脑脊液腔。双光子显微镜显示,免疫细胞可经脉络丛顶端特化结构或基底屏障途径进入脑脊液,在卒中或EAE模型中,CCR6+Th17细胞经此募集。
颅骨骨髓:脑定向免疫的储备库
颅骨骨髓通过骨通道与硬脑膜直接连通,避免系统循环。这些通道允许髓系细胞快速迁移至脑膜,而脑脊液中的细胞因子(如IL-1β)可激活骨髓造血干细胞(HSPCs),倾向性分化为单核/中性粒细胞。命运映射实验显示,颅骨骨髓来源细胞具有独特转录特征(如CXCR4、CCR2)。在细菌性脑膜炎模型中,颅骨骨髓感知脑脊液信号后加速髓系生成,局部干预此轴可减轻神经炎症。
技术革新推动边界免疫解析
双光子活体显微镜(2P-IVM)直接观测免疫细胞在脑膜血管或骨通道中的爬行;光片显微镜实现组织透明化后的3D免疫生态位重建;单细胞与空间转录组(如Visium、MERFISH)揭示脉络丛上皮-基质分区及脑膜免疫细胞空间组织。类器官与器官芯片模型模拟血-脑脊液屏障功能,结合荧光报告小鼠(如VE-cadherin-GFP)实现长效追踪。
治疗前景与挑战
增强脑膜淋巴引流(如VEGF-C)可改善Aβ清除;纳米颗粒鞘内注射靶向脑膜免疫群落;颅骨骨髓局部干预避免系统免疫抑制。但人类与小鼠在脑膜淋巴密度、颅骨骨髓分区等方面存在差异,需开发人源化模型。未来需明确各边界在神经退行性疾病早期的免疫变化,以及如何平衡免疫监视与病理炎症。