细菌性脑膜炎期间大脑的管家如何发生故障

细菌性脑膜炎是一种威胁生命的脑部传染病，它使许多幸存者遭受长期的神经损伤。现在，瑞典卡罗林斯卡学院的研究人员在一项针对老鼠的研究中表明，大脑用于清除废物的工具，即类淋巴系统，在细菌性脑膜炎期间出现故障，导致有毒垃圾堆积，从而损害脑细胞。研究结果发表在mBio杂志上。

“我们的研究表明，当大脑中发生感染时，glymphatic 系统会失去其功能，”卡罗林斯卡学院神经科学系副教授兼小组组长、该研究的主要作者 Federico Iovino 说。“尽管到目前为止我们只研究了老鼠，但我们相信同样的机制可能在人类身上发挥作用，并且 glymphatic 系统可能是一个新的探索途径，希望找到预防由细菌引起的神经障碍的治疗方法脑膜炎。”

glymphatic 系统于 2013 年首次被描述为一种洗衣机，用于清除中枢神经系统中的废物，中枢神经系统包括大脑和脊髓。从那以后，包括阿尔茨海默病和帕金森病在内的几种神经系统疾病都与其功能障碍有关。

在这项研究中，美国休斯顿德克萨斯大学健康科学中心和巴西南圣卡塔琳娜大学的 Federico Iovino 博士及其合作者的研究小组检查了感染肺炎链球菌的大鼠的淋巴系统。肺炎链球菌是导致细菌性脑膜炎的主要病原体，这是一种潜在的致命感染，在许多情况下会导致永久性残疾。

研究人员发现脑膜炎大鼠大脑中的细菌废物量高于对照组。大脑的脑脊液隔室中的浓度最高。相比之下，血液测试显示细菌成分含量低，表明淋巴系统未能从大脑中排出细菌和相关的休​​息产物。随着时间的推移，观察到神经炎症和神经元损伤的迹象增加，认知能力相应丧失。

“大约一半的肺炎球菌脑膜炎幸存者患有神经功能障碍，例如听力丧失、运动和认知迟缓以及精神疾病，因为神经元被感染损坏，”Federico Iovino 说。“由于受损的神经元通常无法修复或更换，因此找到预防损伤的方法非常重要，而朝着这个方向迈出的第一步是了解分子机制。”

为了进一步了解，研究人员详细检查了脑组织和细胞。他们将注意力集中在一个关键的流体转运蛋白上，即位于星形胶质细胞串末端的水通道蛋白-4 (AQP4)-水通道，这些星形胶质细胞是充当类淋巴系统管家的星形细胞。

该水通道通常调节脑脊液室和大脑其他区域之间的液体交换。但研究人员发现，在肺炎球菌性脑膜炎期间，AQP4-水通道失去了其自然位置以及与血脑屏障血管壁的连接。在星形胶质细胞因细菌感染引起的神经炎症而肿胀后，星形胶质细胞的末端足已从血管壁上脱离。

“这就像滚雪球效应，”Federico Iovino 说。“感染会导致有毒细菌产物的积累，从而激活导致神经炎症的免疫反应。炎症触发细胞过程，导致星形胶质细胞末端从血脑屏障壁上脱离，从而导致错位和功能丧失重要的 AQP4 水通道。综合起来，这些事件会导致 glymphatic 系统出现故障并导致神经元损伤。