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发现-科学家首次发现眼睛是如何排出细胞废物和碎片的

发现-科学家首次发现眼睛是如何排出细胞废物和碎片的

正如大脑是一个有特权的器官一样,眼睛也是。常被诗意地称为心灵之窗的一套独特的研究开始以另一种方式看待眼睛。和大脑一样,眼睛也缺少传统的淋巴管,这些淋巴管负责液体的循环和废物的清除,而这在周围器官中很常见。近年来,人们发现大脑拥有一个独特的“glymphatic”系统,这是一种仅限大脑使用的排空和处理分子废物的特权方法。这个交通系统,当健康,包括往复运动神经毒素蛋白质如amyloid-β的大脑。另一方面,一个不健康的系统会让淀粉样蛋白积累成危险的、破坏大脑的斑块。

现在,由丹麦哥本哈根大学的神经科学家麦肯·内德加德博士和哥本哈根大学和纽约罗切斯特大学的王晓伟博士领导的一个国际研究小组,已经在哺乳动物的眼睛中发现了glymphatic系统的证据。尼德佳德是大脑废物处理系统的发现者,也是创造了“glymphatic”这个术语的科学家。

新的发现解释了glymphatic系统是如何维持眼睛健康的,并强调了这一重要废物通道的堵塞可能导致青光眼,青光眼是全球范围内致盲的主要原因。内德加德将“glymphatic”定义为“glial”(神经胶质)和“lymphoatic”(淋巴)两个词的组合。胶质细胞是支持神经细胞的主要细胞成分。淋巴系统既不存在于大脑,也不存在于眼睛,而glymphatic通路可以替代淋巴系统。

研究人员在《科学·转化医学》杂志上发表文章称,眼睛中的glymphatic系统与大脑中的glymphatic通路功能非常相似。此外,他们得出结论,排水系统负责清除眼睛里的新陈代谢、细胞和其他杂物。这一发现是由一个分布广泛的研究团队做出的,该团队的成员不仅来自丹麦和纽约,还包括加州大学伯克利分校(University of California at Berkeley)、挪威豪克兰大学医院(Haukeland University Hospital)、德国路德维希·马克西米利安大学(Ludwig Maximilians University)以及其他几家领先的研究中心。

尼德佳德写道:“就像大脑在脑穹窿内一样,眼睛的内部结构被限制在一个有限的空间内,因此必须严格控制液体内环境平衡。”“然而,眼睛和大脑基本上都没有传统的淋巴管,而传统的淋巴管对于清除周围组织中的液体和溶质至关重要。”

为了查明眼睛中是否真的存在glymphatic系统,科学家们将实验室的老鼠作为他们的哺乳动物的选择。通过注射荧光标记tracers-including标记人类amyloid-β——清晰,凝胶状的玻璃液在老鼠的眼睛,研究人员能够跟踪有毒淀粉样蛋白,因为他们搬出去通过离散渠道眼球的视神经。碎片最终被运送到颈部的淋巴管。

有趣的是,研究小组发现淋巴管与处理大脑废物的途径相同。这是科学上的首次发现,为我们了解眼睛如何清除代谢和细胞碎片打开了一扇新的窗户。这些发现也揭示了眼睛和大脑是如何共享关键通路的。

尽管这是一项新发现,但内德佳德在2012年首次定义了大脑中的废物清除系统。这条通路包括错综复杂的血管周围通道,这些通道是由神经胶质细胞形成的,它们是中枢神经系统中可溶性代谢物高效清除的基础。除了废物处理,Nedergaard和他的同事们还发现这些途径支持关键营养物质和化合物在大脑中的分布,这些物质包括葡萄糖、氨基酸、生长因子和脂质。

她和她的团队发现了一个很大程度上与大脑的glymphatic系统有关的夜间系统。他们在早期的研究中报告说,glymphatic过程只在睡眠周期中起作用,在清醒状态时关闭。五年前,尼德佳德与纽约罗切斯特大学、石溪大学和纽约大学朗格尼医学中心(NYU Langone Medical Center)进行了一项联合研究,发现侧卧睡姿最有助于大脑的glymphatic系统的功能,并有助于清除大脑碎片。她当时注意到侧卧睡姿——向左或向右侧卧睡姿——在哺乳动物中很常见。人类、冬眠的熊、家养的狗和猫——动物界的许多成员——在睡眠周期中部分或全部时间都是趴着的。

尼德佳德当时说:“有趣的是,侧睡是人类和大多数动物最普遍的睡姿,甚至在野外也是如此。”

然而,在她的最新研究中,尼德佳德和她的团队发现,并不是睡眠和黑暗导致了眼睛废物的运输。相反,暴露在光线下会激活实验动物眼睛里细胞和代谢废物的流动。

此外,研究小组还想了解当废物运输功能不佳时,该系统与眼病之间的关系。为了更好地了解废物流动和青光眼之间的联系,研究人员检查了两种不同的青光眼小鼠模型。青光眼通过破坏视神经导致失明。

尽管研究人员预测较高的眼压会更有效地将淀粉样蛋白运送出眼睛,但患有青光眼的老鼠却将大部分有毒蛋白保留在眼睛内。尼德佳德和她的团队表示,他们的发现表明青光眼和眼睛的糖代谢通路功能障碍之间存在联系。

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