Re: CSF drainage - meningeal lymphatics 뇌척수액 배수의 주요 경로인 '핫스팟' 2019 nature

[문형철]

이 그림은 “Meningeal lymphatic vessels at the skull base drain cerebrospinal fluid” 연구(​)에서 제시된 개념을 간단히 도식화한 것으로 보이며, **두개골 기저부의 수막 림프관(meningeal lymphatic vessels, mLVs)**이 뇌척수액(CSF)을 어떻게 외부(머리 밖 림프절 등)로 배출하며, 노화(aging)와 함께 그 기능이 어떻게 달라지는지를 한눈에 보여줍니다.

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A. 뇌척수액(CSF)의 두개골 기저부 배출 경로

1. 기본 흐름

• CSF가 지주막하강(subarachnoid space)에서 두개골 기저부의 수막 림프관을 통해 흡수되어, 두개골의 여러 구멍(foramina)을 경유하거나 파라혈관성(perivascular) 공간을 거쳐 두개강 바깥(extra-cranium)으로 이동합니다.

• 이 과정에서 **별아교세포(astrocyte)**나 **수막(meninges)**의 밀접한 상호작용뿐 아니라, 수막 림프관에 존재하는 capillary branches 및 **밸브(lymphatic valves)**가 큰 역할을 합니다.

1. 두개골 기저부(mLVs)의 특성

• 기저부 림프관은 지주막하강과 가까이 위치하며, button-like junction 등으로 구성된 ‘capillary LVs’와, 밸브를 갖춘 ‘pre-collecting LVs’가 혼재하는 형태를 지닙니다.

• 이러한 구조적 특성 덕분에 고분자 물질이나 노폐물을 포함한 CSF를 효과적으로 흡수·배출할 수 있습니다.

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B. 젊은 뇌와 노화된 뇌에서의 비교

1. 젊은 뇌(Young mouse)

• 수막 림프관이 정상적으로 유지되어, CSF의 원활한 배출이 일어납니다.

• 림프관 밸브와 내피세포 접합부(예: VE-cadherin) 모두 균형 잡힌 구조를 이루어, 노폐물 제거에 효율적입니다.

1. 노화된 뇌(Aged mouse)

1. • 림프관이 구조적으로 변형되거나 밸브 수가 감소하고, 기능적 부조화(예: 림프부종, hyperplasia, 접합부 불안정 등)가 발생하여 CSF 배출 지연이 나타납니다.

   • 이로 인해 뇌 내부 대사 노폐물이 축적될 가능성이 높아지며, 알츠하이머병 등 신경퇴행성 질환의 위험성을 높일 수 있습니다.

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의의 및 요약

• 핵심 포인트:

• 두개골 기저부의 수막 림프관(basal mLVs)이 CSF 배출의 주요 통로임을 강조

• 노화와 함께 이 경로에 구조적·기능적 문제가 생겨, 뇌 노폐물 제거 장애와 신경질환 위험이 증가한다는 점

• 연구·치료적 함의:

젊은 상태에서의 mLVs 기능 유지가 뇌 건강에 필수적이며, 노화나 질환 모델에서 mLVs를 개선(예: VEGF-C/VEGFR3 경로 조절)하는 것이 질환 예방·치료의 새 타깃이 될 수 있음

결론적으로, 이 그림은 두개골 기저부 수막 림프관이 정상(젊은) 상태에서는 활발하게 CSF를 배출해 뇌를 깨끗하게 유지하지만, 노화(aged) 상태에서는 림프관 구조 및 밸브 기능 저하로 인해 CSF 및 노폐물 배출이 지연되어 뇌 건강에 악영향을 줄 수 있음을 단순화해 보여주는 도식도입니다.

이웃의 쓰레기 처리 시스템이 작동하지 않으면 어떤 일이 일어나는지 보십시오. 쓰레기 더미는 악취를 풍길 뿐만 아니라 그 지역의 정상적인 기능을 방해할 수 있습니다. 뇌의 쓰레기 관리가 제대로 이루어지지 않는 경우에도 마찬가지입니다. 뇌에 독성 단백질이 축적되면 신경에 막대한 손상을 입혀 인지 기능 장애를 일으키고 알츠하이머병과 같은 신경 퇴행성 질환에 걸릴 확률이 높아집니다. 뇌는 뇌척수액(CSF)을 통해 노폐물을 배출하지만, 뇌의 정화 메커니즘에 대한 정확한 경로는 거의 밝혀지지 않았습니다.

한국과학기술원(KAIST) 기초과학연구원 혈관연구단 고우영 박사 연구팀은 두개골 기저부가 뇌척수액 배수의 주요 경로인 '핫스팟'이라고 보고했습니다. 그들은 기저막 림프관(mLV)이 뇌척수액의 주요 배관 역할을 한다는 것을 발견했습니다. 그들은 뇌척수액의 거대 분자가 주로 기저 MLVs를 통해 흐른다는 것을 확인했습니다. 특히, 이 팀은 뇌의 주요 배수 시스템, 특히 기저 MLVs가 노화에 따라 손상된다는 사실도 밝혀냈습니다. 이들의 연구 결과는 7월 24일 네이처 저널에 발표되었습니다.

우리 몸 전체에서

과도한 체액과 노폐물은 림프관을 통해 조직에서 제거됩니다.

최근에야 뇌에도 림프 배수 시스템이 있다는 사실이 밝혀졌습니다.

mLV는

뇌 조직액과 뇌척수액에서 나온 노폐물을

깊은 경부 림프절로 운반하여 처리하는 역할을 합니다.

그러나 과학자들은 여전히 뇌척수액의 주요 배출구가 어디인지에 대해 의문을 품고 있습니다. 2014년에 두개골 상부의 mLV(등쪽 수막 림프관)가 뇌의 배수 경로로 보고되었지만, 이 부분에서 실질적인 배수 메커니즘은 관찰되지 않았습니다.

이 연구의 제1저자인 안지훈 박사는 “CSF의 숨겨진 출구를 찾기 위해 두개골 기저부의 복잡한 구조물 내에 갇혀 있는 mLV를 조사했습니다”라고 말합니다. 연구자들은 기초 mLV를 상세히 특성화하기 위해 여러 가지 기술을 사용했습니다. 그들은 유전공학적으로 조작된 림프관 리포터 마우스 모델을 사용하여 형광 현미경으로 mLV를 시각화했습니다. 그들은 마우스의 두개골을 주의 깊게 검사함으로써 기초 mLV가 CSF 흡수 및 배액에 적합한 특징을 가지고 있음을 발견했습니다. 전형적인 기능성 림프관과 마찬가지로, 기초 mLV는 손가락 모양의 돌출부가 있는 풍부한 림프관 가지가 있는 것으로 밝혀졌습니다. 또한, 기저 미세혈관 내부의 판막은 혈액이 한 방향으로 흐르도록 합니다. 특히, 그들은 기저 미세혈관들이 뇌척수액에 매우 가깝게 위치해 있다는 것을 발견했습니다. 이 연구의 제1저자인 조현수 박사는 “이 모든 것을 종합해 볼 때, 기저 미세혈관들이 뇌의 주요 배설 경로라는 것은 확실해 보입니다”라고 설명합니다.

연구자들은 기초 mLV의 이러한 특수한 형태학적 특징이 실제로 CSF 흡수와 배수를 촉진한다는 것을 확인했습니다. 쥐 모델에서 CSF 조영 증강 자기공명영상을 사용함으로써, 그들은 CSF가 기저 mLV를 통해 우선적으로 배출된다는 것을 발견했습니다. 그들은 또한 림프관 리포터 마우스 모델을 활용하여 뇌 자체 또는 CSF에 주입된 형광 표지된 추적자가 주로 기저 mLV를 통해 제거된다는 것을 발견했습니다. 이 연구의 제1저자인 김준희는 “우리는 말 그대로 두개골을 빠져나가는 기저 유출 경로를 이용하는 뇌 제거 메커니즘을 확인했습니다”라고 말합니다.

오랫동안 CSF의 순환과 배수가 노화에 따라 감소한다는 주장이 제기되어 왔습니다. 그러나 노화와 관련된 mLV의 변화는 잘 알려져 있지 않습니다. 이 연구에서 연구자들은 3개월령의 쥐와 24~27개월령의 쥐에서 mLV의 변화를 관찰했습니다. 그들은 노화된 쥐의 기저 mLV와 림프 밸브의 구조가 심각하게 손상되어 CSF 제거를 방해한다는 것을 발견했습니다. 이 연구의 교신 저자인 코 박사는 “뇌에서 액체가 빠져나가는 정확한 경로를 규명함으로써, 이 연구는 뇌에서 노폐물이 제거되는 방법에 대한 이해를 향상시킨다”고 말합니다. “또한, 우리의 연구 결과는 노화와 관련된 신경 퇴행성 질환의 발생에 있어 손상된 뇌척수액 제거의 역할에 대한 더 깊은 통찰을 제공한다.”

현재 알츠하이머병에 대한 많은 치료법은 베타-아밀로이드와 같은 비정상적으로 축적된 단백질을 표적으로 합니다. 이 연구는 뇌의 노폐물 제거 시스템에 대한 정확한 경로를 파악함으로써 뇌의 정화 기능을 개선하는 방법을 찾는 데 도움이 될 수 있습니다. 이러한 돌파구는 노화와 관련된 독성 단백질의 축적을 제거하는 전략으로 이어질 수 있습니다. “임상 조사에 앞서 알츠하이머병과 같은 노화와 관련된 신경 퇴행성 질환 환자의 mLV에 대한 더 광범위한 조사가 필요합니다.”라고 코 박사는 덧붙입니다.

위 그림은 “Meningeal lymphatic vessels at the skull base drain cerebrospinal fluid” 연구(​)에서 제시된 결과와 유사한 개념을 요약한 것으로 보입니다. 특히 두개골 기저부의 **수막 림프관(meningeal lymphatic vessels, mLVs)**이 **노화(aging)**에 따라 어떻게 구조적·기능적으로 변화하는지를 시각화하고 있습니다. 이미지 A와 B를 기준으로 설명하면 다음과 같습니다:

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A. 뇌척수액 배출에 관여하는 수막 림프관의 노화 관련 변화

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B. 젊은 마우스와 노화된 마우스 간 수막 림프관 및 CSF 변화 비교

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임상 및 생리학적 함의

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결론적으로, 이 그림(“[Figure 3] Dysfunctional changes of meningeal lymphatic vessels at skull base with ageing”)은 나이가 들어감에 따라 두개골 기저부의 수막 림프관이 구조적·기능적으로 변형되고, 그 결과 뇌척수액의 배출이 저해되는 과정을 시각적으로 보여주며, 신경퇴행성 질환과 같은 노화 관련 뇌 질환과의 잠재적 연관성을 부각하고 있습니다.

파일 “Meningeal lymphatic vessels at the skull”은 두개골 기저부(basal skull)에서의 수막 림프관(meningeal lymphatic vessels, mLVs)의 해부학적 특징과 기능, 그리고 이들 림프관이 뇌척수액(CSF) 배출 및 대사 노폐물 제거에 어떻게 기여하는지를 다루고 있습니다. 이 논문(​)의 주요 내용을 정리하면 다음과 같습니다.

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1. 해부학적 특징

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2. 기능적 역할과 CSF 배출

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3. 노화와 mLVs의 변화

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4. 논문의 의의와 향후 연구 방향

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요약하면, “Meningeal lymphatic vessels at the skull” 논문은 두개골 기저부에 위치한 basal mLVs가 CSF 및 대사 노폐물의 효과적인 흡수와 배출에 중요한 역할을 하며, 이들이 노화와 함께 기능적으로 저하될 경우 신경퇴행성 질환의 위험이 증가할 수 있다는 점을 강조하고 있습니다 .

뇌막 림프관(meningeal lymphatic vessels)은 두개골 기저부(skull base)를 따라 위치하며 뇌척수액(CSF) 배출에 중요한 역할을 합니다. 이는 최근 신경과학 분야에서 혁신적으로 재조명된 메커니즘입니다. 다음은 주요 연구 결과와 메커니즘을 요약한 내용입니다:

1. 해부학적 위치 및 구조

• 주요 위치:
• 림프관 표지자: LYVE1, PROX1, Podoplanin (D2-40) 등으로 확인됨.

2. CSF 배출 경로

1. 뇌실계(Ventricular system) → 지주막밑공간(Subarachnoid space) → 파라혈관 공간(Paravascular space).
2. **글림프계(Glymphatic system)**를 통해 뇌실질 내 대사 노폐물(아밀로이드-β 등)을 CSF로 이동.
3. 두개골 기저부 림프관이 CSF를 **심부 경부림프절(deep cervical lymph nodes)**로 배출.

3. 주요 연구 결과

(1) 2015년 Nature 논문 (Louveau et al.)

• 발견: 뇌막에 기능적 림프관 존재 최초 확인.
• 메커니즘: T 세포가 뇌막 림프관을 통해 중추신경계(CNS)로 이동 가능함을 입증.

(2) 2018년 Nature Neuroscience (Da Mesquita et al.)

• 기능:

(3) 2020년 Science Translational Medicine

• 두개골 기저부의 특수성:

4. 임상적 의미

• 신경퇴행성 질환:
• 뇌부종 관리:
• 면역 반응 조절:

5. 치료 표적 가능성

• VEGF-C/VEGFR3 신호전달: 림프관 증식 촉진.
• 약물전달 시스템: 뇌막 림프관을 통한 중추신경계 표적 치료.
• 생체역학적 접근: 두개골 기저부 마사지로 림프관 유동성 개선.

🔬 실험적 접근법

• 영상 기술:
• 유전자 조작 모델:

이 연구들은 뇌막 림프관이 CSF 배출과 신경면역 조절의 핵심 축임을 보여주며, 두개골 기저부가 이 과정의 전략적 허브로 작용함을 강조합니다. 향후 뇌질환 치료 패러다임을 바꿀 잠재력을 지닌 분야입니다.

1. nature  
2. articles  
3. article

• Article
• Published: 24 July 2019

Meningeal lymphatic vessels at the skull base drain cerebrospinal fluid

• Ji Hoon Ahn, 
• Hyunsoo Cho, 
• Jun-Hee Kim, 
• Shin Heun Kim, 
• Je-Seok Ham, 
• Intae Park, 
• Sang Heon Suh, 
• Seon Pyo Hong, 
• Joo-Hye Song, 
• Young-Kwon Hong, 
• Yong Jeong, 
• Sung-Hong Park & 
• Gou Young Koh 

Nature volume 572, pages62–66 (2019)Cite this article

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Abstract

Recent work has shown that meningeal lymphatic vessels (mLVs), mainly in the dorsal part of the skull, are involved in the clearance of cerebrospinal fluid (CSF), but the precise route of CSF drainage is still unknown. Here we reveal the importance of mLVs in the basal part of the skull for this process by visualizing their distinct anatomical location and characterizing their specialized morphological features, which facilitate the uptake and drainage of CSF. Unlike dorsal mLVs, basal mLVs have lymphatic valves and capillaries located adjacent to the subarachnoid space in mice. We also show that basal mLVs are hotspots for the clearance of CSF macromolecules and that both mLV integrity and CSF drainage are impaired with ageing. Our findings should increase the understanding of how mLVs contribute to the neuropathophysiological processes that are associated with ageing.

요약

최근 연구에 따르면 두개골의 등쪽 부분에 주로 존재하는 수막 림프관(mLV)이 뇌척수액(CSF)의 제거에 관여하지만, CSF 배수의 정확한 경로는 아직 밝혀지지 않았습니다. 여기에서는 두개골 기저부의 mLV가 이 과정에 얼마나 중요한지를 밝히기 위해, 이 림프관의 뚜렷한 해부학적 위치를 시각화하고, CSF의 흡수와 배수를 촉진하는 특수한 형태학적 특징을 특성화합니다. 등쪽 mLV와는 달리, 기저 mLV는 쥐의 지주막하 공간에 인접한 곳에 림프 밸브와 모세 혈관이 있습니다. 우리는 또한 기저 mLV가 뇌척수액의 거대 분자를 제거하는 데 중요한 역할을 하며, 노화에 따라 mLV의 완전성과 뇌척수액의 배수가 모두 손상된다는 것을 보여줍니다. 우리의 연구 결과는 mLV가 노화와 관련된 신경병리 생리학적 과정에 어떻게 기여하는지에 대한 이해를 높일 것입니다.

It has been proposed that mLVs represent a vasculature that clears CSF and interstitial fluid (ISF) into the cervical lymph nodes (cLNs)1–8 . These previous studies focused mainly on dorsal mLVs, which are located within dural folds along the superior sagittal sinus (SSS) and transverse sinus, and emphasized their functional importance1–6 . However, although the drainage of exogenous tracers and T cells from the CSF into cLNs has been described1–5 , dorsal mLVs do not take up and drain CSF tracers9 . Indeed, mLVs in other parts of the CNS, such as lateral or basal parts of the skull (basal mLVs), have largely been unexplored. This is attributable to the fact that the skull base is an extremely complicated region that contains enormous bony structures and subarachnoid cisterns, as well as foramina that contain blood vessels and cranial nerves10,11, thus making it more difficult to study the lymphatic vessels of this area. In this study, we successfully characterized the specialized morphologic features of basal mLVs in distinct locations by careful dissection of the skull base in mice. The basal mLVs revealed to be more suitable for CSF uptake and clearance compared with dorsal mLVs. Functional assessment of mLVs using CSF contrast-enhanced magnetic resonance imaging (MRI) and fluorescent imaging further revealed that basal mLVs are the major routes for CSF macromolecular uptake and drainage. Finally, we demonstrate that the basal mLVs undergo lymphedematous changes with age, which may be associated with the impaired CSF clearance observed in aged individuals.

mLV는 뇌척수액과 간질액을 경추 림프절(cLN)로 배출하는 혈관 구조를 나타낸다는 주장이 제기되었습니다1-8. 이러한 이전 연구들은 주로 경막상동(SSS)과 횡동(transverse sinus)을 따라 있는 경막 주름 안에 위치한 등쪽 mLV에 초점을 맞추고, 그 기능적 중요성을 강조했습니다1-6. 그러나, CSF에서 cLN으로의 외인성 추적자와 T 세포의 배설이 기술된 바 있지만1-5, 등쪽 mLV는 CSF 추적자를 흡수하여 배설하지 않습니다9. 

실제로, 두개골의 측면 또는 기저부(기저 mLV)와 같은 중추신경계의 다른 부분에 있는 mLV는 거의 연구되지 않았습니다. 이는 두개골 기저부가 매우 복잡한 부위이기 때문에 혈관과 뇌신경이 있는 구멍뿐만 아니라 거대한 뼈 구조와 지주막 하수조가 포함되어 있기 때문에 이 부위의 림프관을 연구하기가 더 어렵습니다10,11. 이 연구에서 우리는 마우스의 두개골 기저부를 주의 깊게 해부함으로써 뚜렷한 위치에 있는 기저 mLV의 특수한 형태학적 특징을 성공적으로 특성화했습니다. 기초적인 mLV는 등쪽 mLV에 비해 뇌척수액 흡수와 배설에 더 적합한 것으로 밝혀졌습니다. 뇌척수액 조영 강화 자기공명영상(MRI)과 형광영상을 이용한 mLV의 기능적 평가는 기초적인 mLV가 뇌척수액 고분자 흡수와 배설의 주요 경로임을 더욱 명확하게 보여주었습니다. 마지막으로, 우리는 기초적인 mLV가 나이가 들면서 림프부종성 변화를 겪으며, 이는 노년층에서 관찰되는 뇌척수액 배설 장애와 관련이 있을 수 있음을 입증했습니다.

Morphology and anatomic location of basal mLVs

Because LVs have specialized features that depend on their location and functionality12–16, we first hypothesized that the ‘hotspots’ responsible for CSF drainage into the lymphatic system could be identified if we understood the accurate anatomical locations and morphology of mLVs. Using Prox1–GFP lymphatic reporter mice17, we found that dorsal mLVs running along the SSS and transverse sinus had small diameters with largely discontinuous vascular structures (Extended Data Fig. 1a–d). Furthermore, most dorsal mLVs were not stretched out, but rather they were clustered within a dural fold that envelopes SSS and transverse sinus without lymphatic valves (Fig. 1a, c, Extended Data Fig. 1c, d). By contrast, basal mLVs running along the petrosquamosal sinus (PSS) and sigmoid sinus had larger diameters and abundant protruding capillary branches with blunt ends consisting of typical oak leaf-shaped lymphatic endothelial cells (LECs) and lymphatic valves, which were similar to functional classic LVs (Fig. 1b–e, Extended Data Fig. 1e–j). The recently rediscovered dorsal mLVs have been considered to have features of capillary LVs1,2 . However, dorsal mLVs show mostly a continuously sealed zipper-like junctional pattern with immature morphology, which seems to be unsuited for uptake or drainage of CSF macromolecules (Fig. 1a, f).

위 그림(“Fig. 1”)은 두개골의 수막 림프관(meningeal lymphatic vessels, mLVs) 중에서, **머리 윗부분(dorsal mLVs)**과 **두개골 기저부(basal mLVs)**가 해부학적·구조적으로 어떻게 다른지를 비교하고, 그 차이가 뇌척수액(CSF) 흡수 및 배출에 미치는 영향을 설명하는 주요 결과를 보여줍니다(​).

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주요 내용 요약

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요약 및 의의

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결국 이 그림은, 머리 윗부분의 mLVs(dorsal)와 두개골 기저부의 mLVs(basal)가 구조적·기능적으로 크게 다르며, 그중 basal mLVs가 CSF 흡수 및 뇌 대사 노폐물 제거에 있어서 더 핵심적인 경로로 작동할 가능성을 제시하는 핵심 근거를 제공합니다. 이는 뇌 질환 및 노화 관련 연구에서 두개골 기저부 수막 림프관이 중요한 치료·연구 타깃이 될 수 있음을 시사합니다.

By contrast, the capillary branches of basal mLVs consisted mostly of a prominent, discontinuously sealed loose button-like junctional pattern of LECs (Fig. 1b–h), reminiscent of the dominant junctional pattern observed in the lymphatic capillaries of peripheral organs (Extended Data Fig. 2a). LECs constitute the inner lining of peripheral LVs, and these LVs are classified into two types: capillaries and collecting LVs12–16. The capillary network of LVs is specialized for the uptake of fluid and macromolecules, characterized by loose button-like LEC junctions and the lack of smooth muscle cell (SMC) coverage (Extended Data Fig. 2a, f). Collecting LVs have the capacity for periodic propulsion of lymph, as they are covered with SMCs and have tight zipper-like LEC junctions and a lymphatic valve at each lymphangion segment (Extended Data Fig. 2a, f). Notably, lymphatic pre-collectors are known to have the features of both capillaries and collecting LVs, as they lack SMC coverage but possess valves and have a mix of both button- and zipper-like junctional patterns (Extended Data Fig. 2a, f). Basal mLVs around the skull foramina have more zipper-type junctions and contain lymphatic valves, similar to the collecting LVs of peripheral organs (Extended Data Fig. 2b–f). However, these mLVs showed hybrid features of both capillary and collecting LVs, characterized by heterogeneity in both junctional pattern and the level of LYVE-1 expression‎; in addition, they lacked SMC coverage (Extended Data Fig. 2c–f). Therefore, we classified the collecting part of basal mLVs harbouring lymphatic valves as ‘pre-collecting mLVs’ rather than as ‘collecting mLVs’ (Extended Data Fig. 2g–i). These characteristic features of pre-collecting LVs may we observed a substantial number of T cells entering through the blunt end to the lumen of basal mLVs (Extended Data Fig. 1k–m), suggesting more trafficking of immune cells through basal mLVs. Further analysis of the skull base around the stylomastoid foramen (SMF) demonstrated that basal mLVs include all necessary features for the uptake and drainage of CSF—capillary LVs located adjacent to the subarachnoid space, pre-collecting LVs containing lymphatic valves around the foramen, and draining extracranial LVs (Extended Data Fig. 3a–c). Developing mLVs also showed a direct connection between mLVs and extracranial LVs through the skull foramina (Extended Data Fig. 3d–f). Lymphatic outflow through the skull base has been postulated to follow perineural routes, on the basis of findings that both LVs and cranial nerves exit the cranial cavity via the skull foramina9 . However, basal mLVs around the foramina are located apart from the nerve fibres, and mLVs around the jugular foramen were intact even after removal of the cranial nerves (Extended Data Fig. 3g–j), which suggests that basal mLVs are not part of a perineural lymphatic system. Collectively, the discrete morphological features and distinct anatomic locations of basal mLVs suggest that they may be the main routes of CSF uptake and drainage.

CSF drains preferentially through the basal outflow

To track the lymphatic outflow of CSF into the deep cLNs, we used a T2-FLAIR MRI sequence and visualized CSF contrast18. We carried out MRI scanning of rats while monitoring physiological parameters and infused CSF contrast (GadoSpin P, Viscover) into the cisterna magna at a concentration optimized by phantom experiments (Fig. 2a–c, Extended Data Fig. 4a).

이 그림(“Fig. 2”)은 동적 조영증강 MRI(dynamic contrast-enhanced MRI) 기법을 통해 뇌척수액(CSF) 배출 경로를 추적한 결과를 시각화하여, **두개골 기저부(basal outflow)**가 CSF 배출의 핵심 경로임을 보여주는 핵심 데이터를 담고 있습니다(​). 각각의 패널에서 얻을 수 있는 주요 정보는 다음과 같습니다:

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(a) 실험 구성도

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(b) 조영제 주입 및 영상 기법

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(c) 생리 신호 변화 기록

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(d, e) T1-FLASH 3D 영상

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(f, g) T2-FLAIR 연속 스캔

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(i) ROI별 정량 그래프

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결론 및 의의

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요약하면, “Fig. 2”는 조영제(GadoSpin P)를 CSF에 주입하고 MRI로 추적한 결과, 뇌척수액이 두개골 기저부 경로를 통해 매우 빠르고 효과적으로 배출되며, 이 경로가 뇌의 대사 노폐물 제거에도 중요한 역할을 한다는 사실을 분명히 보여줍니다.

Three-dimensional reconstruction of T1-FLASH MRI revealed that the CSF contrast diffused quickly and became globally localized at the subarachnoid cisterns (Fig. 2d). In T2-FLAIR MRI, we observed obvious lymphatic outflow through the jugular foramen (Fig. 2e). The signal intensity of CSF contrast in the cisterna magna rapidly peaked and this was immediately followed by an increase in basal outflow and contrast in cervical LVs (Fig. 2f–i). Contrast signal in the deep cLNs also rapidly peaked before the dorsal area around the confluence of sinuses (COS) and transverse sinus, and declined gradually thereafter (Fig. 2f–i). The signal intensity in the dorsal area increased at a delayed time point and decreased slowly over time, and there was little contrast signal within the SSS throughout the experiments (Fig. 2f–i). The mLVs around the jugular foramen were also visualized by immunostaining of rat meninges, and delivery of contrast through the lateral ventricle with stable vital signs showed a similar time course of contrast enhancement, where the rapid increase in contrast was seen first in the right lateral ventricle and immediately followed by basal outflow and contrast in the deep cervical LNs (Extended Data Fig. 4b–h). We observed a transient increase (about 3 mm Hg) in intracranial pressure (ICP) during the course of contrast infusion into the cisterna magna, but only minor changes in other physiologic parameters (Extended Data Fig. 4i–l). These results suggest that CSF runs mainly through the basal lymphatic outflow.

이 그림(“Fig. 3”)은 **두개골 기저부(basal skull)에 위치한 수막 림프관(meningeal lymphatic vessels, mLVs)**이 뇌척수액(CSF) 내 대분자 물질(여기서는 형광 추적자 QD705)의 주요 배출 경로로 작동함을 보여주는 핵심 데이터를 제시합니다(​). 그림 속 각 패널이 의미하는 바는 아래와 같습니다.

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(a) 전체 실험 일정(Time course)

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(b) 머리뼈 기저부 mLVs 개략도

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(c)~(f) QD705 주입 직후(5분 등) 기초 영상

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(g)~(l) 시간 경과에 따른 QD705 흡수와 배출

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(m, n) Sigmoid sinus(SS) 및 Stylomastoid foramen(SMF) 주변 mLVs

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(p)~(s) 결론적 요약

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결론 및 의의

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정리하자면, “Fig. 3”는 CSF 내 대분자 추적자(QD705)가 두개골 기저부 수막 림프관을 통해 흡수·배출되는 구체적 경로를 시간에 따라 시각적으로 입증하는 자료로, basal mLVs가 뇌 대사 노폐물 제거에 중요한 기여를 한다는 사실을 결정적으로 보여줍니다.

Basal mLVs are hotspots for lymphatic drainage of CSF

To better delineate the functionality of basal mLVs, we infused the macromolecular tracer Quantum Dot 705 (QD705) into the cisterna magna or brain parenchyma of Prox1–GFP mice and traced the signal under a high-resolution fluorescence stereomicroscope. QD705 was largely present along and inside the capillary branches of basal mLVs 5 min after infusion into the cisterna magna and became abundant at 15 min; the signal subsequently went through the petrosquamous fissure (PSF), SMF, and jugular foramen to exit the cranial cavity (Fig. 3a–n, Extended Data Fig. 5a, b). However, consistent with a previous report9 , we were unable to detect tracer uptake at any time point in dorsal mLVs, despite the obvious QD705 signals nearby (Extended Data Fig. 5c, d).

When QD705 was infused into the brain parenchyma, strong tracer signal was noted in the basal mLVs on the ipsilateral side of injection, but not in the dorsal mLVs (Extended Data Fig. 6a–q). Subsequent drainage was observed in the ipsilateral deep cLNs but not on the contralateral side (Extended Data Fig. 6r, s), indicating that basal mLVs, rather than dorsal mLVs, are the main routes for macromolecule uptake and clearance and could be hotspots for drainage of CSF and ISF. Signalling via vascular endothelial growth factor (VEGF)-C and VEGF receptor-3 (VEGFR3) is a key component of lymphatic remodelling in mLVs1–6 . Therefore, we extended our analysis to compare the sensitivity and functionality of dorsal and basal mLVs by selectively deleting Vegfr3 using adult Vegfr3iΔLEC mice, which were generated by crossing a Prox1–CreERT2 mouse with a Vegfr3flox/flox mouse. Dorsal mLVs had regressed in these mice compared with wild-type mice one week after tamoxifen administration, whereas basal mLVs around the PSS and sigmoid sinus were less affected, and those around the PSF and jugular foramen were preserved; however, two weeks after tamoxifen administration, regression was also observed in basal mLVs (Extended Data Fig. 7a–e). Functional analysis using a tracer revealed that lymphatic drainage in Vegfr3iΔLEC mice was intact one week after tamoxifen delivery, when only dorsal mLVs had regressed, but was substantially impaired two weeks after tamoxifen delivery, when both dorsal and basal mLVs were depleted (Extended Data Fig. 7f–h). These results suggest that dorsal mLVs are more sensitive than basal mLVs to perturbation of VEGFR3 signalling, and that basal mLVs have a greater role than dorsal mLVs in CSF drainage.

Basal mLVs are impaired with ageing

Lymphatic vessels exhibit remarkable plasticity, and mLVs are no exception1–6 . However, alteration of mLVs associated with ageing is poorly understood, although it has been suggested that turnover and drainage of CSF decrease with ageing4,7,9 . We therefore studied changes with age in dorsal and basal mLVs using adult mice aged 3 months (young) and 24–27 months (aged). Aged mice showed regression of dorsal mLV branches and diminished coverage of the SSS by dorsal mLVs compared with young mice (Fig. 4a–c). There were minor changes in the density and diameter of dorsal mLVs around the transverse sinus with age (Extended Data Fig. 8a–c). By contrast, basal mLVs increased in size and showed highly branched and hyperplastic phenotypes in aged mice when compared with young mice (Fig. 4d–f). Middle-aged mice (aged 8–10 months) showed no changes in basal mLVs but did show regression of dorsal mLVs, similar to aged mice; there was no difference between male and female mice (Extended Data Fig. 9a–d). Lymphatic hyperplasia is regarded as a compensatory mechanism that allows functional adjustments to capillary lymphatic hypertension in lymphoedema19. We hypothesized that hyperplastic basal mLVs in aged mice might be associated with impaired CSF drainage. Because lymphoedema is accompanied by lymphatic valve dysfunction20–23, we examined the lymphatic valves of basal mLVs in young and aged mice. Basal mLVs from aged mice showed a dysmorphic distribution of type IV collagen and had fewer lymphatic valves than basal mLVs from young mice (Fig. 4g–j). Moreover, both PROX1 and FOXC2, transcription factors that are essential for maintenance of lymphatic valves20–23, showed reduced expression‎ in aged mice, and expression‎ of PROX1 in valvular LECs attenuated with age (Fig. 4h, j, Extended Data Fig. 8d–f). In young mice, lymphatic valvular LECs were elongated and distinctly clustered, but in aged mice they were more dispersed (Fig. 4h), suggesting that aged basal mLVs may encounter less lymph flow20,21. We also analysed the patterns of LEC junctions in pre-collecting mLVs in young and aged mice, because LEC junctions are disrupted with impaired lymph flow and have been proposed to be one of the initiating factors for age-related lymphatic disintegrity22,24. LECs in aged basal mLVs had 40.5% fewer zipper-type junctions and 1.6-fold more button-type junctions than those in young mice (Fig. 4k, l).

이 그림(“Fig. 4”)은 **노화(aging)**가 진행됨에 따라 **두개골 기저부(basal) 및 머리 윗부분(dorsal)**에 위치한 **수막 림프관(mLVs)**이 어떻게 달라지는지를 시각적으로 비교·분석하는 핵심 자료입니다(​). 각각의 패널에서 얻을 수 있는 정보를 정리하면 다음과 같습니다:

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(a)~(c) Dorsal mLVs 퇴화(regression) 관찰

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(d)~(f) Basal mLVs 과형성(hyperplasia) 및 구조 변화

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(g)~(j) 림프관 밸브(Valve) 및 세포 특이 인자(FOXC2, PROX1, Collagen IV) 발현 변화

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(k)~(l) VE-cadherin 접합 양상(Zipper ↔ Button) 변화

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(m)~(o) QD705 주입을 통한 기능적 분석

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결론 및 의의

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결국 “Fig. 4”는 나이가 들수록 수막 림프관에 구조적·기능적 결함이 누적되어, 뇌척수액 대사 노폐물 배출 능력이 감소한다는 사실을 세부적으로 보여주며, 노화 및 신경퇴행성 질환 연구에서 mLVs가 중요한 치료 표적이 될 수 있음을 의미 있게 제시합니다.

Furthermore, declined transport of QD705 through the tortuous and dilated basal mLVs in aged mice suggested diminished functionality compared with basal mLVs in young mice (Fig. 4m–o). Drainage of QD705 into the cLNs attenuated with age (Extended Data Fig. 8g–i), suggesting that aged basal mLVs may not be efficient transport routes for CSF drainage. We found no morphological alterations in the capillary LVs in the ear skin, trachea, or diaphragm of aged mice, and only minor changes in aged lymphatic valves of skin collecting LVs compared with those in young mice (Extended Data Fig. 8j–n), suggesting that age-related changes in mLVs are organ-specific. We propose that basal mLVs are the main route for clearance of macromolecules from the CSF to the lymphatic system and suggest that attenuated efflux pathways through basal mLVs might be associated with ageing (Extended Data Fig. 10a, b).

Discussion

Our results highlight the importance of basal mLVs by identifying specialized morphologic features that are distinct from those of dorsal mLVs, including blunt-ended lymphatic capillaries with a predominantly button-like junctional pattern and the presence of lymphatic valves that resemble pre-collectors—characteristics of LVs that are suitable for fluid uptake and drainage. In addition, the anatomic location of basal mLVs adjacent to the subarachnoid space makes them more likely than dorsal mLVs to take up CSF. Functional analysis of mLVs using both CSF contrast-enhanced MRI and fluorescent imaging has shown that basal mLVs are hotspots for clearance of CSF macromolecules to the lymphatic system. We have also shown that basal mLVs acquire lymphedematous characteristics and CSF drainage is impaired in aged mice; ageing is one of the major risk factors for chronic neurodegenerative diseases such as Alzheimer’s disease6–8 . Considering the plasticity of LECs lining LVs, we can postulate that decreased CSF production with ageing7 , along with attenuated CSF turnover and dysfunctional mLVs, could lead to a vicious cycle in which clearance of macromolecules from the CSF is delayed4 . Our study provides clues regarding the pathophysiology of neurodegenerative diseases that derive from impaired CNS clearance. Online content Any methods, additional references, Nature Research reporting summaries, source data, extended data, supplementary information, acknowledgements, peer review information; details of author contributions and competing interests; and statements of data and code availability are available at https://doi.org/10.1038/s41586- 019-1419-5. Received: 8 November 2018; Accepted: 24 June 2019; Published online xx xx xxxx