炎症是一种常见的疾病防御和修复机制。其中，无菌性炎症作为人体产生疾病炎症的第二大类炎症，其所需大部分细胞成分均由造血系统提供。骨髓，作为人体最大的器官之一，具有造血、免疫和防御机能，其细胞供应会影响全身和局部的炎症活动，已经日益成为炎症性疾病的重要治疗器官之一。然而，除了红骨髓和*骨髓的区别外，人们对骨髓的宏观异质性知之甚少。探索炎症反应，尤其是骨髓中中性粒细胞的产生和迁移机制，对深入了解骨髓功能异质性和骨髓的免疫/防御机制具有重要意义。
创新研究在这篇论文中，为了寻找炎症组织招募的白细胞起源部位，MatthiasNahrendorf教授团队采用了两种商用的细胞荧光染料FITC和APC分别对头骨和胫骨部位的骨髓细胞标记，并进行示踪观察（注射染料虽然略微降低了细胞活力，但没有改变骨髓细胞含量和细胞向炎症脑的迁移）。图1(a)和(b)显示了分别在小鼠头骨微量注射FITC染料和在胫骨部位注射APC染料标记骨髓细胞后，共聚焦显微成像的结果和各自局部位置放大的视图。图中，标记的血管内皮细胞和骨细胞也同步显示出来，呈现了头骨和胫骨部位的骨髓，血管以及骨细胞的详细分布情况，证明两种染料的较高的标记效率以及呈现效果。
图1头骨和胫骨骨髓细胞标记后共聚焦显微成像的结果（a）采用红色FITC染料对颅骨骨髓细胞标记，图中红色部位为FITC标记的骨髓细胞，白色组织显示了血管壁形态，蓝色组织则显示了骨细胞在头骨中的分布情况；（b）采用APC对胫骨骨髓细胞进行标记，图中红色部位是胫骨中致密的血管网络，绿色组织为APC标记的骨髓细胞，蓝色组织则显示了胫骨中骨细胞的分布情况接下来该团队使用细胞追踪的方法确定了缺血性卒中、急性心肌梗死和无菌性脑膜脑炎等三种急性炎症模型中中性粒细胞的来源。发现中风和脑膜炎等炎症情况下，来自头骨骨髓的中性粒细胞远高于来自远端胫骨骨髓部位。此外，通过比较中风前后头骨和胫骨中性粒细胞和单核白细胞的水平，也得出中风后头骨释放出更多的炎症细胞的结论。
全身骨髓分布中，头骨骨髓含量远小于胫骨骨髓含量，却能够为急性炎症的脑组织提供了更多的中性粒细胞，是否是由于颅骨骨髓接近大脑，具有某种“快捷通道”存在呢？已有研究表明，血管系统可以向颅骨骨髓发出中枢神经系统炎症的危险信号，研究人员猜测，血管也有极有可能提供向大脑迁移免疫细胞的通道。为了验证这一假设，MatthiasNahrendorf教授团队对头骨与硬脑膜连接侧面以及头骨内表面分别进行了体外的共聚焦显微成像。成像结果表明，在头骨-大脑的交叉点，确实存在多个通过颅骨内皮层连接骨髓腔和硬脑膜的通道，如图2(a)所示。为了深入研究这些“快捷通道”的作用，和炎症细胞转移的关系，该团队又从平面的视图对颅骨内表面至硬脑膜部位进行空间三维重构，图2(b)-(e)为颅骨平面成像的示意图和结果展示。从结果来看，颅骨内表面血管网络丰富，同样能观测到连接通道的存在，尤其是堆叠排列的层面图(d)直观显示了从髓腔中延伸而出的血管走向，放大的视图(e)中如白色箭头所示还能看到90秒内中性粒细胞从通道内流出的过程。为了进一步观察通道内的细胞具体流动情况，该团队选择了年龄更小，头骨更薄且透明的模型鼠进行活体成像，观察到了血液通过通道流向骨髓腔时，中性粒细胞在诱发中风后逆流而上，流向硬脑膜的现象。细胞在连接颅骨髓腔与硬脑膜之间的通道中迁移的动态过程，如图(f)所示。
图2颅骨和硬脑膜间的连接通道共聚焦显微成像（a）表达Cx3cr1GFP小鼠颅骨和大脑的冠状面成像视图，显示了大脑、头骨和硬脑膜相连的通道；（b-c）取平面颅骨进行成像示意图及其成像结果。白色箭头所指即为连接通道；（d）对应图c成像位置在不同深度下的共聚焦显微成像结果显示，显示了骨髓腔和硬脑膜之间的通道连接，以及血管经通道延伸分布的情况；（e）0s，30s，60s,90s四个时间点通道处局部放大的示意图，箭头所示为中性粒细胞从通道中迁移出来；（f）对四周龄的中风小鼠活体成像监测中性粒细胞在通道中迁移的过程
为了进一步确认这些通道的存在，该团队还采用电镜和高分辨率的体外X射线计算机断层扫描(microCT)对小鼠和人的颅骨进行了成像，证明了通道管腔与硬脑膜中的脉管相连，以及内外颅骨皮层均具有广泛分布的通道。图3即为microCT对小鼠和人颅骨成像的结果和颅骨内/外表面通道直径分布。图中箭头所指代表颅骨内表面与大脑硬脑膜之间丰富的通道连接。
图3MicroCT对小鼠和人头骨成像结果（a）小鼠头骨表面示意图，矩形框区域成像侧视图，局部区域放大图像，以及头骨内/外表面通道直径的统计结果；（b）人头骨表面示意图，矩形框区域成像侧视图，冠状面图像，以及头骨内/外表面通道直径的统计结果文中，这些“快捷通道”的发现，以及炎症事件中中性粒细胞的迁移情况的研究，为人们展示了局部大脑，硬脑膜以及颅骨骨髓之间的紧密的空间连接特性。其中，中性粒细胞在通道中流通的现象，也被认为是应对感染和损伤的第一反应，为炎症中性粒细胞的产生和迁移机制提供了独特的视角，对研究抗炎机制具有重要意义。文章末尾，MatthiasNahrendorf教授还提出多个引人深思的问题。例如，这些连接通道在人体中的还有哪些具体功能呢？这一迁移路径在稳态/慢性/急性脑炎症中所起的作用是什么？另外，通过这些通道的血液流动和细胞迁移是否受到某种调控，该调控机制及其与颅内压之间有什么关系？这些通道是否具有信息传递的功能呢？由脑缺血，脑损伤，脑膜炎等引起的危险信号是否通过通道使颅骨骨髓产生警觉，从产生应对措施呢？基于通道的一系列疑问为科研工作者继续思考和深入进行脑科学研究提供了可能的研究方向。
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