An introduction to choroid plexuses and their role in the glymphatic system

Abstract

Choroid plexuses are brain structures that contribute to the waste-clearance of the brain by secreting cerebrospinal fluid. In humans, four choroid plexuses are located in each of the four brain ventricles. The choroid plexuses work as a part of the glymphatic system, whose purpose is to clear excessive neuropeptides and other metabolic waste products from the central nervous system with cerebrospinal fluid circulation. The glymphatic system works constantly, with a significant acceleration during sleep.

A choroid plexus consists of microvillous epithelial cells, which fold around a highly vascularised connective tissue, creating a lobulated, leafy-like structure. The epithelium faces the ventricle, which is filled with cerebrospinal fluid. The choroid plexus epithelial cells and the tight junctions connecting them form the blood-cerebrospinal fluid barrier, which restricts nonspecific passage of solutes from capillaries into the cerebrospinal fluid. The choroid plexus epithelial cells contain multiple solute transporters, which allow a selective passage of solutes through the epithelium. Immune cells also traffic across the blood-cerebrospinal fluid barrier to access the central nervous system, making the choroid plexuses central participants in neuroinflammatory responses.

Multiple neurological, including neuroinflammatory, -degenerative- and -psychiatric diseases cause several morphological and functional changes in the choroid plexuses. A common pathology reported in multiple diseases is the volumetric enlargement of the plexuses, which is often accompanied by chronic low-grade neuroinflammation. The structural changes that occur in the plexuses during healthy ageing are not fully understood, and they often overlap with the modifications seen in diseased ageing. This makes it difficult to determine the line between pathological and non-pathological structural modifications.

The aim of this project was to introduce the choroid plexuses as key contributors in the upkeep of central nervous system homeostasis, and to discuss their known role in neurological diseases to date. An additional assessment of histological samples from the Tampere Sudden Death Study was performed to determine the number of cases that included a choroid plexus sample. Further studies to detect and measure age-related changes can be executed using these samples.

Aivokammioiden suonipunokset ovat aivokammioissa sijaitsevia rakenteita, jotka osallistuvat keskushermoston puhdistukseen erittämällä aivo-selkäydinnestettä. Ihmisen aivoissa sijaitsee neljä aivokammiota, joiden seinämistä suonipunokset ulkonevat. Aivokammioiden suonipunokset toimivat osana glymfaattista järjestelmää, jonka tavoite on puhdistaa keskushermostosta sinne kerääntyvät aineenvaihdunnan jätetuotteet aivo-selkäydinnesteen virtauksen avulla. Glymfaattisen järjestelmän toiminta on jatkuvaa ja tehostuu huomattavasti unen aikana.

Aivokammioiden suonipunoksissa epiteelisolut ympäröivät runsaasti verisuonia sisältävää sidekudosta muodostaen lehdenomaisen rakenteen. Suonipunosten epiteelisolut suuntautuvat kohti aivokammioita, jotka ovat täyttyneet aivo-selkäydinnesteellä. Aivokammioiden suonipunosten epiteelisolut ja niitä yhdistävät tiiviit liitokset muodostavat esteen, joka rajoittaa molekyylien vapaata liikettä verenkierron ja aivo-selkäydinnesteen välillä. Epiteelisolujen kalvoilla sijaitsee useita kuljetusproteiineja, jotka mahdollistavat veren liukoisten molekyylien valikoivan kuljetuksen suonipunosten epiteelien läpi. Myös useat immuunijärjestelmän solut kulkevat suonipunosten epiteelin läpi keskushermostoon, minkä vuoksi suonipunoksilla on keskeinen rooli keskushermoston tulehdusreaktioissa.

Useat neurologiset sairaudet, kuten hermorappeumataudit, psykiatriset sairaudet ja hermoston tulehdustilat, aiheuttavat rakenteellisia muutoksia aivokammioiden suonipunoksissa. Muun muassa suonipunosten tilavuuden on raportoitu kasvavan useiden keskushermoston sairauksien yhteydessä. Tilavuuden kasvuun liittyy usein pitkittynyt matala-asteinen keskushermoston tulehdustila. Terveestä ikääntymisestä aiheutuvat muutokset aivokammioiden suonipunosten rakenteissa ovat puutteellisesti ymmärrettyjä ja osittain yhteneviä sairauksien seurauksena kehittyvien muutosten kanssa. Tämän vuoksi patologisten ja ei-patologisten muutosten välinen ero on usein epäselvä.

Tämän työn tavoitteena oli etsiä tietoa aivokammioiden suonipunosten merkityksestä keskushermoston dynaamisen tasapainotilan ylläpitämisessä ja koota yhteen viimeisin tutkimustieto niiden osallisuudesta yleisissä neurologisissa sairauksissa. Täydentävä mikroskopointityö Tampere Sudden Death Study -tutkimuksen histologisilla näytteillä suoritettiin aivokammion suonipunosta sisältävien näytteiden lukumäärän selvittämiseksi. Näytteitä voidaan käyttää jatkotutkimuksissa, joissa pyritään havaitsemaan ja mittaamaan tavallisesta ikääntymisestä johtuvia aivokammioiden suonipunosten rakenteellisia muutoksia.