Hernehinderne består af tre membranlag, der kaldes dura mater, arachnoid mater og pia mater. Arachnoid mater og pia mater er forbundet med hinanden og danner leptomeninges. Hjernehinderne beskytter ikke kun centralnervesystemet (CNS), herunder hjernen og rygmarven, direkte med deres tykke ydre lag, men også indirekte ved at polstre gennem den cerebrospinale væske, der er fyldt i subarachnoidalrummet. Desuden har en tidligere undersøgelse vist, at fjernelse af hjernehinderne medfører en forringet kortikal udvikling (1). Dette tyder på, at hjernehinderne har andre funktioner end beskyttelse. Til støtte for denne idé er det rapporteret, at hjernehinderne modulerer dannelsen af kortikale neuroner under den tidlige hjerneudvikling ved at producere trofiske faktorer såsom retinsyre (2). Det er således sandsynligt, at de spiller centrale roller i kortikal neurogenese ved at regulere embryonale neurale stamceller/progenitorceller (NSPC’er) (3).
Ud over disse roller og virkninger viser stadig flere beviser nu, at hjernehinderne selv fungerer som en stamcelle-niche. Bifari et al. rapporterede først, at leptomeninges i musens udviklingshjerne udtrykker NSPC-markøren nestin, og at nestin+ celler isoleret fra leptomeninges udviste aktiviteter af NSPC’er, som differentierer sig til neuroner in vivo og in vitro (4). Senere viste vi, at leptomeninges isoleret fra intakte hjerneområder hos voksne mus mangler stamcellepotentiale (5). Disse resultater viste, at leptomeningeale NSPC’er har potentiale til at bidrage til kortikal neurogenese i de tidlige udviklingsstadier.
Ved brug af voksne mus efter iskæmisk slagtilfælde viste vi tidligere, at nestin+ iskæmi-inducerede NSPC’er (iNSPC’er) var til stede i leptomeninges af iskæmiske områder, og de blev ikke observeret i leptomeninges af ikke-iskæmiske områder (5). Leptomeningeale celler, der er isoleret fra iskæmiske områder, producerer neurosfærelignende celleklynger, der giver anledning til neurale celler, herunder neuroner (5). Endvidere viste vi, at mærkede leptomeningeale celler fra iskæmiske områder migrerede ind i områder af cortexen efter slagtilfælde, og at de differentierede sig til dobbeltcortin (DCX)+ umodne neuronale celler (6). Disse resultater tyder på, at leptomeningeale iNSPC’er under patologiske forhold, som f.eks. efter iskæmisk slagtilfælde, kan bidrage til hjernereparation gennem kortikal neurogenese.
Leptomeningerne er histologisk set kontinuerlige med det kortikale parenkym langs blodkarrene og er placeret i en perivaskulær niche som vaskulære pericytter (7). Vi viste, at leptomeningeale nestin+ celler spredte sig ind i det kortikale parenkym, lokaliserede sig i nærheden af CD31+ endothelceller og udtrykte pericytic makere såsom PDGFRβ og NG2 (5). Selv om pericytters funktioner fortsat er uklare, er det veldokumenteret, at pericytter i forskellige organer, herunder CNS, har multipotent stamcelleaktivitet (8). Ved hjælp af mus på forskellige udviklingsstadier, herunder embryonale, postnatale og voksne, viste vi imidlertid for nylig, at hjernepericytter gradvist mindskede deres stamcelleaktivitet i løbet af den postnatale periode og mistede den ved voksenalderen (9). Derfor er det sandsynligt, at pericytter i den voksne hjerne har træk af somatiske celler snarere end træk af vævsbundne stamceller. Reprogrammering er imidlertid blevet rapporteret til at få voksne hjernepericytter til at blive ikke-pericytiske lineager, som f.eks. neuronale lineager (10). Til støtte for denne opfattelse viste vi, at voksne hjernepericytter, som ikke besidder stamcelleaktivitet under normale forhold, generhvervede stammetilstand som reaktion på iskæmi, formodentlig gennem cellulær reprogrammering ved mesenkymal-epithelial overgang (11,12). Vi viste også, at PDGFRβ+ celler, der er isoleret fra iskæmiske områder, herunder leptomeninges, har en multipotent stamcelleaktivitet, der giver anledning til neuronale celler (11,12). Derfor foreslog vi, at hjernepericytter, der er lokaliseret langs leptomeninges til kortikalt parenkym, sandsynligvis er oprindelsen af leptomeningeale stamceller.
For ganske nylig rapporterede Bifari et al. at leptomeninges i den neonatale hjerne rummer radiale glia-lignende celler, der ligner NSPC’er i den subventrikulære zone (13). Desuden viste de, at leptomeningeale radiale glia-lignende neurale progenitors migrerer fra leptomeninges til cortex og differentierer sig til funktionelt integrerede kortikale neuroner. Disse resultater var i overensstemmelse med vores tidligere rapport, der viste, at kortikale neuroner til dels stammer fra leptomeningeale NSPC’er (6). Imidlertid er leptomeningeale radiale glia-lignende neurale progenitors sandsynligvis neuronale progenitors snarere end NSPC’er, fordi de differentierede sig til neuronale lineager, der udtrykker HuC/D, DCX, NeuN og Stab2, men ikke til astrocyt- og oligodendrocyt-lineager. Ved hjælp af genetisk kortlægning med PDGFRβ gennem Cre-loxP-systemet, en teknik til selektivt at mærke leptomeningeale celler, og enkeltcelletranskriptomik konkluderede Bifari et al. desuden, at kortikale neuroner delvist stammer fra PDGFRβ+ radiale glia-lignende neurale progenitors i leptomeninges (13). Det skal bemærkes, at de ved hjælp af enkeltcelletranskriptomik også viste, at leptomeningeale PDGFRβ+ celler genererer forskellige typer af klynger, der udviste træk af pericytiske/fibroblastiske, endotel- og mikrogliale lineager ud over radiale glia-lignende lineager. Vi viste imidlertid for nylig, at PDGFRβ+ pericytter, der er isoleret fra områder efter slagtilfælde, herunder leptomeninges, udviste multipotent stamcelleaktivitet, og at de ikke kun giver anledning til neurale (f.eks. neuroner), men også til vaskulære linjer (f.eks. endothelceller og mikroglia) (11,12). Det er således muligt, at sådanne forskellige fænotyper, som PDGFRβ+ leptomeningeale celler udviser, skyldes deres oprindelige multipotency. Tidligere har vi også vist, at nestin+/NG2+/PDGFRβ+ iNSPC’er fra iskæmiske områder, herunder leptomeninges, som sandsynligvis stammer fra hjernens multipotente pericytter, udtrykte en mesenchymal markør vimentin (5,6). Vimentin udtrykkes imidlertid også i radiale glia-lignende celler (14). Selv om forholdet mellem pericytter, glia og NSPC’er fortsat er uklart (15), opdelte Birbrair et al. multipotente pericytter i to undertyper (type-1 og type-2 pericytter). De påviste endvidere, at nestin+/NG2+/PDGFRβ+ type-2 pericytter har potentiale til at differentiere sig til neurale lineager (16). Af interesse er det, at type-2 pericytter har træk, der ligner neurale progenitors, der udviser egenskaber af NG2-glia (17). Derfor er det muligt, at vi blot ser på delmængder af de samme PDGFRβ+ leptomeningeale celler i forskellige stadier (f.eks. neonatal vs. voksen) og/eller under forskellige forhold (f.eks. normal vs. patologisk).
De præcise træk ved PDGFRβ+ leptomeningeale celler bør afklares i yderligere undersøgelser. Imidlertid viser de stadig flere beviser, at leptomeninges, der dækker hele CNS, herunder hjernen (4-6,13,18,19) og rygmarven (20), rummer stamcellelignende populationer, der differentierer til neuronale celler. De leptomeningeale stamceller/progenitorceller blev ikke kun observeret under den tidlige udvikling under normale forhold (4,13,18), men også i voksenalderen under patologiske forhold (5,6,19,20). Leptomeninges bør således blive et nyt mål for behandling af udviklingsforstyrrelser og sygdomme i CNS.