Seizure-induced microvascular injury is associated with impaired neurovascular coupling and blood-brain barrier dysfunction

癲癇誘導(dǎo)的微血管損傷與神經(jīng)血管耦合受損和血腦屏障功能障礙相關(guān)

來(lái)源：Epilepsia, Volume: 60, Year: 2019, 322-336

《癲癇》，卷號(hào)：60，年份：2019年，頁(yè)碼：322-336

 

摘要

摘要部分闡述了研究目的，即探討癲癇發(fā)作如何導(dǎo)致微血管損傷、神經(jīng)血管耦合受損和血腦屏障功能障礙。研究方法包括使用腦片培養(yǎng)模型和體內(nèi)大鼠模型，誘導(dǎo)癲癇發(fā)作（通過(guò)4-氨基吡啶或低鎂條件），并測(cè)量周細(xì)胞膜電流、血管直徑變化、血腦屏障通透性和組織氧分壓。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，癲癇發(fā)作會(huì)導(dǎo)致周細(xì)胞損傷，表現(xiàn)為線粒體去極化和血管收縮，進(jìn)而引起神經(jīng)血管耦合逐漸喪失和血腦屏障通透性增加。結(jié)論是癲癇發(fā)作誘導(dǎo)的周細(xì)胞損傷是微血管功能障礙的關(guān)鍵機(jī)制，可能解釋癲癇相關(guān)的神經(jīng)并發(fā)癥。

 

研究目的

研究目的是深入理解癲癇發(fā)作相關(guān)的血腦屏障功能障礙機(jī)制，特別是周細(xì)胞在神經(jīng)血管耦合中的作用。由于既往研究對(duì)癲癇如何導(dǎo)致微血管損傷和血腦屏障破壞的了解不足，本研究旨在通過(guò)體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，揭示反復(fù)癲癇發(fā)作對(duì)周細(xì)胞功能、血管反應(yīng)性和血腦屏障完整性的影響，從而為癲癇并發(fā)癥提供新的病理生理學(xué)見(jiàn)解。

 

研究思路

研究思路基于結(jié)合體外腦片培養(yǎng)模型和體內(nèi)大鼠模型，以系統(tǒng)評(píng)估癲癇發(fā)作對(duì)微血管的影響。在體外部分，使用海馬腦片培養(yǎng)，保持血管網(wǎng)絡(luò)完整性，通過(guò)電生理記錄周細(xì)胞膜電流，并利用熒光成像監(jiān)測(cè)血管直徑變化和血腦屏障通透性。在體內(nèi)部分，通過(guò)開(kāi)顱窗技術(shù)在大鼠運(yùn)動(dòng)-體感皮層誘導(dǎo)癲癇發(fā)作，同時(shí)記錄電皮質(zhì)圖、血管直徑、組織氧分壓和血腦屏障滲漏。研究通過(guò)比較早期和晚期癲癇發(fā)作的血管反應(yīng)，分析神經(jīng)血管耦合的逐漸喪失，并探討周細(xì)胞損傷與血腦屏障功能障礙的關(guān)聯(lián)。

 

測(cè)量的數(shù)據(jù)及研究意義

1. 周細(xì)胞膜電流數(shù)據(jù)：測(cè)量癲癇發(fā)作期間周細(xì)胞的膜電流變化，包括內(nèi)向電流和外向電流模式。研究意義是揭示周細(xì)胞如何通過(guò)電生理機(jī)制響應(yīng)神經(jīng)元活動(dòng)，從而調(diào)節(jié)血管直徑；這些數(shù)據(jù)來(lái)自Figure 2D。

 

 

2. 血管直徑和周細(xì)胞長(zhǎng)度變化數(shù)據(jù)：通過(guò)熒光成像量化癲癇發(fā)作引起的血管擴(kuò)張和收縮，以及周細(xì)胞長(zhǎng)度的動(dòng)態(tài)變化。研究意義是證明周細(xì)胞直接參與血管調(diào)節(jié)，且反復(fù)癲癇發(fā)作導(dǎo)致血管反應(yīng)性逐漸喪失；這些數(shù)據(jù)來(lái)自Figure 3A和Figure 4B。

 

 

3. 組織氧分壓（pO2）數(shù)據(jù)：使用Clark-style氧微電極（丹麥Unisense）測(cè)量癲癇發(fā)作期間的組織氧分壓變化，包括初始下降和超調(diào)恢復(fù)。研究意義是評(píng)估神經(jīng)代謝耦合狀態(tài)，排除缺氧作為神經(jīng)血管耦合受損的主要原因；這些數(shù)據(jù)來(lái)自Figure 3B和Figure 6C。

 

4. 血腦屏障通透性數(shù)據(jù)：在體外通過(guò)二氯熒光素滲漏監(jiān)測(cè)毛細(xì)血管通透性，在體內(nèi)通過(guò)鈉熒光素和伊文思藍(lán)滲漏評(píng)估血腦屏障破壞。研究意義是證實(shí)癲癇發(fā)作導(dǎo)致血腦屏障功能障礙，且與周細(xì)胞損傷相關(guān)；這些數(shù)據(jù)來(lái)自Figure 4E、Figure 4F和Figure 6B。

5. 細(xì)胞損傷數(shù)據(jù)：在體內(nèi)通過(guò)碘化丙啶染色評(píng)估癲癇發(fā)作后的血管周圍細(xì)胞損傷。研究意義是表明微血管損傷伴隨細(xì)胞死亡，支持癲癇的神經(jīng)毒性作用；這些數(shù)據(jù)來(lái)自Figure 6B。

 

結(jié)論

結(jié)論是反復(fù)癲癇發(fā)作會(huì)誘導(dǎo)周細(xì)胞損傷，包括線粒體去極化和不可逆血管收縮，從而導(dǎo)致神經(jīng)血管耦合逐漸受損和血腦屏障通透性增加。這種微血管功能障礙在體外毛細(xì)血管和體內(nèi)小動(dòng)脈水平均被證實(shí)，且發(fā)生在常氧條件下，表明周細(xì)胞損傷是癲癇相關(guān)血管病變的核心機(jī)制。研究建議周細(xì)胞功能作為潛在治療靶點(diǎn)，以改善癲癇患者的神經(jīng)血管結(jié)局。

 

使用丹麥Unisense電極測(cè)量數(shù)據(jù)的研究意義

使用丹麥Unisense電極（Clark-style氧微電極）測(cè)量組織氧分壓（pO2）數(shù)據(jù)的研究意義在于提供了癲癇發(fā)作期間神經(jīng)代謝耦合的高精度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。Unisense電極能夠連續(xù)記錄pO2變化，無(wú)需侵入性操作，從而避免對(duì)腦組織的干擾。在研究中，電極數(shù)據(jù)顯示癲癇發(fā)作伴隨特征性的pO2雙相反應(yīng)：初始下降（反映神經(jīng)元活動(dòng)增加導(dǎo)致的氧消耗）和后續(xù)超調(diào)（反映血管擴(kuò)張后的氧供應(yīng)增加）。關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)是，盡管神經(jīng)血管耦合逐漸喪失，但pO2超調(diào)在晚期癲癇發(fā)作中并未減少，表明組織始終處于常氧狀態(tài)，排除了缺氧作為神經(jīng)血管耦合受損的直接原因。這強(qiáng)調(diào)了周細(xì)胞損傷等非缺氧機(jī)制的主導(dǎo)作用，并突出了Unisense電極在區(qū)分代謝和血管因素方面的價(jià)值，為理解癲癇病理生理提供了重要工具。