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该综述聚焦脑脊液(CSF)系统与昼夜节律的关联,探讨 CSF 成分、动态变化及脉络丛功能如何受昼夜节律调控,分析其在神经退行性疾病等中的作用,为疾病诊断和治疗提供新方向。
脑脊液(CSF)作为中枢神经系统的重要内环境,其成分和动态变化与昼夜节律密切相关。CSF 不仅是脑状态的 “镜子”,还通过与中枢神经系统直接环境交换及血脑脊液屏障与体循环交互,在脑健康和疾病中发挥关键作用。
脑脊液系统的组成与功能
CSF 是包含离子(Na?、Cl?、K?、Ca2?、Mg2?、HCO??)、葡萄糖、代谢物、蛋白质、神经递质等的水溶液,传统功能包括为中枢神经系统提供缓冲、维持酸碱和离子平衡,还参与调节中枢神经系统发育、分布营养因子及清除代谢废物,其成分变化可作为多种疾病的生物标志物。
脉络丛是 CSF 产生的主要组织,位于脑的四个脑室,由有孔毛细血管、成纤维细胞、间充质核心及单层上皮细胞组成,形成血脑脊液屏障,调控 CSF 与体循环的物质交换,同时含有免疫细胞,其上皮细胞代谢活跃,不同脑室的脉络丛在基因表达和功能上存在差异。
脑室周围器官如松果体可分泌褪黑素进入 CSF,参与昼夜信号传递;下丘脑正中隆起的伸长细胞(tanycytes)调控下丘脑功能,与胰岛素信号等相关。
CSF 的动态变化包括产生、分布和流出,人类 CSF 约每 5 小时更新一次,小鼠约每 2 小时,流出途径包括蛛网膜绒毛、神经周围和血管周围通路、脑膜淋巴管等,其动力学受呼吸、睡眠、活动等因素影响。
脑脊液的昼夜节律
CSF 中的溶质如皮质醇、促肾上腺皮质激素释放激素(CRH)、褪黑素等呈现昼夜波动,下丘脑视交叉上核(SCN)释放的血管活性肠肽(VIP)、精氨酸加压素(AVP)等也随昼夜变化,CSF 中的离子(K?、Na?、Cl?)浓度在睡眠和觉醒阶段存在差异,部分溶质的节律性与分子钟和光信号相关。
CSF 的体积和压力也有昼夜变化,人类 CSF 产生量在夜间达到峰值,大鼠在夜间颅内压升高,其机制可能与脉络丛中碳酸酐酶(CAII)的活性节律、糖皮质激素调节等有关,但具体驱动因素仍需进一步研究。
脉络丛的昼夜节律表现为分子钟基因的表达循环,其节律性受性激素、糖皮质激素等调节,且在发育过程中逐渐同步化,脉络丛的功能变化如转运体活性、代谢过程等也随昼夜节律改变,影响 CSF 的成分和脑屏障功能。
昼夜节律在疾病和药物治疗中的意义
血脑屏障和血脑脊液屏障的昼夜变化影响药物向中枢神经系统的递送,例如脉络丛紧密连接的宽度、药物转运体(如 ABCC4、ABCG2)的表达随昼夜变化,利用这些节律可优化药物递送时间。
在神经退行性疾病如阿尔茨海默病中,CSF 中 β- 淀粉样蛋白(Aβ)的清除与脉络丛功能相关,其昼夜节律的紊乱可能参与疾病进展。此外,麻醉剂、糖皮质激素等药物可影响脉络丛的昼夜节律,提示在用药时需考虑时间因素。
结论与展望
脑脊液系统的昼夜节律是脑健康和疾病中的重要因素,未来需进一步明确其上游调控机制和下游功能,区分睡眠、光照、 feeding 等因素对 CSF 和脉络丛的影响,加强跨学科合作,开展大规模人类研究,以更好地利用 CSF 系统的昼夜特性进行疾病诊断和治疗,开发基于昼夜节律的新型治疗策略。