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

癲癇誘導的微血管損傷與神經血管耦合受損和血腦屏障功能障礙相關

來源：Epilepsia, Volume: 60, Year: 2019, 322-336

《癲癇》，卷號：60，年份：2019年，頁碼：322-336

 

摘要

摘要部分闡述了研究目的，即探討癲癇發作如何導致微血管損傷、神經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模型和體內大鼠模型，誘導癲癇發作（通過4-氨基吡啶或低鎂條件），并測量周細胞膜電流、血管直徑變化、血腦屏障通透性和組織氧分壓。結果發現，癲癇發作會導致周細胞損傷，表現為線粒體去極化和血管收縮，進而引起神經血管耦合逐漸喪失和血腦屏障通透性增加。結論是癲癇發作誘導的周細胞損傷是微血管功能障礙的關鍵機制，可能解釋癲癇相關的神經并發癥。

 

研究目的

研究目的是深入理解癲癇發作相關的血腦屏障功能障礙機制，特別是周細胞在神經血管耦合中的作用。由于既往研究對癲癇如何導致微血管損傷和血腦屏障破壞的了解不足，本研究旨在通過體外和體內實驗，揭示反復癲癇發作對周細胞功能、血管反應性和血腦屏障完整性的影響，從而為癲癇并發癥提供新的病理生理學見解。

 

研究思路

研究思路基于結合體外腦片培養模型和體內大鼠模型，以系統評估癲癇發作對微血管的影響。在體外部分，使用海馬腦片培養，保持血管網絡完整性，通過電生理記錄周細胞膜電流，并利用熒光成像監測血管直徑變化和血腦屏障通透性。在體內部分，通過開顱窗技術在大鼠運動-體感皮層誘導癲癇發作，同時記錄電皮質圖、血管直徑、組織氧分壓和血腦屏障滲漏。研究通過比較早期和晚期癲癇發作的血管反應，分析神經血管耦合的逐漸喪失，并探討周細胞損傷與血腦屏障功能障礙的關聯。

 

測量的數據及研究意義

1. 周細胞膜電流數據：測量癲癇發作期間周細胞的膜電流變化，包括內向電流和外向電流模式。研究意義是揭示周細胞如何通過電生理機制響應神經元活動，從而調節血管直徑；這些數據來自Figure 2D。

 

 

2. 血管直徑和周細胞長度變化數據：通過熒光成像量化癲癇發作引起的血管擴張和收縮，以及周細胞長度的動態變化。研究意義是證明周細胞直接參與血管調節，且反復癲癇發作導致血管反應性逐漸喪失；這些數據來自Figure 3A和Figure 4B。

 

 

3. 組織氧分壓（pO2）數據：使用Clark-style氧微電極（丹麥Unisense）測量癲癇發作期間的組織氧分壓變化，包括初始下降和超調恢復。研究意義是評估神經代謝耦合狀態，排除缺氧作為神經血管耦合受損的主要原因；這些數據來自Figure 3B和Figure 6C。

 

4. 血腦屏障通透性數據：在體外通過二氯熒光素滲漏監測毛細血管通透性，在體內通過鈉熒光素和伊文思藍滲漏評估血腦屏障破壞。研究意義是證實癲癇發作導致血腦屏障功能障礙，且與周細胞損傷相關；這些數據來自Figure 4E、Figure 4F和Figure 6B。

5. 細胞損傷數據：在體內通過碘化丙啶染色評估癲癇發作后的血管周圍細胞損傷。研究意義是表明微血管損傷伴隨細胞死亡，支持癲癇的神經毒性作用；這些數據來自Figure 6B。

 

結論

結論是反復癲癇發作會誘導周細胞損傷，包括線粒體去極化和不可逆血管收縮，從而導致神經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血管和體內小動脈水平均被證實，且發生在常氧條件下，表明周細胞損傷是癲癇相關血管病變的核心機制。研究建議周細胞功能作為潛在治療靶點，以改善癲癇患者的神經血管結局。

 

使用丹麥Unisense電極測量數據的研究意義

使用丹麥Unisense電極（Clark-style氧微電極）測量組織氧分壓（pO2）數據的研究意義在于提供了癲癇發作期間神經代謝耦合的高精度實時監測。Unisense電極能夠連續記錄pO2變化，無需侵入性操作，從而避免對腦組織的干擾。在研究中，電極數據顯示癲癇發作伴隨特征性的pO2雙相反應：初始下降（反映神經元活動增加導致的氧消耗）和后續超調（反映血管擴張后的氧供應增加）。關鍵發現是，盡管神經血管耦合逐漸喪失，但pO2超調在晚期癲癇發作中并未減少，表明組織始終處于常氧狀態，排除了缺氧作為神經血管耦合受損的直接原因。這強調了周細胞損傷等非缺氧機制的主導作用，并突出了Unisense電極在區分代謝和血管因素方面的價值，為理解癲癇病理生理提供了重要工具。