Decreased haemodynamic response and decoupling of cortical gamma-band activity and tissue oxygen perfusion after striatal interleukin-1 injection

紋狀體白細胞介素-1注射后血流動力學反應降低及皮質伽馬波段活動與組織氧灌注解耦

來源：Journal of Neuroinflammation, Volume 13, 2016, Article number 195

《神經炎癥雜志》第13卷，2016年，文章編號195

 

摘要

論文摘要指出神經血管耦合是神經元活動引起的能量和氧需求通過區域血流增加（血流動力學反應）來滿足的機制。白細胞介素-1（IL-1）是一種促炎細胞因子，是神經元損傷的重要介質，但其作用機制不完全清楚。本研究調查腦內IL-1水平升高是否對皮質神經血管耦合產生負面影響。通過在大鼠紋狀體注射IL-1β，使用光學成像光譜和電極記錄，發現IL-1β注射后血流動力學反應降低，皮質伽馬波段活動與組織氧灌注解耦，表明IL-1β破壞神經血管耦合。

 

研究目的

研究目的是調查IL-1β是否對皮質神經血管耦合產生負面影響，特別是在感覺刺激下，以了解IL-1β在腦損傷如中風中的作用機制。

 

研究思路

研究思路采用大鼠模型，在麻醉狀態下，通過機械刺激觸須，測量桶狀體感皮質的神經元活動和血流動力學變化。注射IL-1β或對照劑到紋狀體前后，使用二維光學成像光譜（2D-OIS）測量氧合血紅蛋白（HbO2）和總血紅蛋白（HbT）變化，以評估血流動力學反應。同時，使用Clark型電極（丹麥Unisense電極）結合尖銳電極，同步記錄皮質層IV/V的組織氧分壓（pO2）、多單位活動（MUA）和局部場電位（LFP）。還通過免疫組化分析中性粒細胞浸潤和血腦屏障通透性，以確認炎癥效應。數據采集持續6小時，比較注射前后變化。

 

測量的數據及研究意義

1 測量了血流動力學反應，包括HbO2和HbT濃度變化，通過光學成像光譜。數據顯示IL-1β注射后HbO2和HbT反應顯著降低，從5小時開始（數據來自圖3和圖4）。研究意義是直接證明IL-1β損害血流動力學反應，可能導致腦部氧供應不足，在與IL-1β相關的神經疾病中起關鍵作用。

 

 

2 測量了神經元活動，包括LFP的伽馬波段（40-100 Hz）和貝塔波段（13-24 Hz）活動，以及MUA。數據顯示IL-1β注射后伽馬和貝塔波段活動顯著降低，從1-3小時開始，而MUA無顯著變化（數據來自圖6和圖8）。研究意義是表明IL-1β影響神經元輸入（LFP），但未直接損傷神經元輸出（MUA），突顯神經血管耦合特異性破壞。

 

 

3 測量了組織氧分壓（pO2），使用丹麥Unisense電極。數據顯示IL-1β注射后pO2反應從3小時開始降低（數據來自圖7）。研究意義是提供直接氧合證據，證實IL-1β導致組織缺氧，支持血流動力學反應受損的結論。

 

4 測量了炎癥標記，包括中性粒細胞（SJC陽性）和免疫球蛋白G（IgG）滲出，通過免疫組化。數據顯示IL-1β組炎癥標記增加（數據來自圖5）。研究意義是確認IL-1β誘導神經炎癥，可能通過血腦屏障破壞加劇耦合損傷。

 

 

結論

1 IL-1β注射導致皮質血流動力學反應降低，表明神經血管耦合受損。

2 IL-1β引起伽馬和貝塔波段LFP活動降低，但與MUA解耦，顯示神經元輸入而非輸出受損。

3 IL-1β誘導組織氧灌注減少，與LFP活動相關性喪失，證實耦合解耦。

4 這些發現可能解釋IL-1β在腦疾病如中風中的作用，其中血流減少加劇損傷。

 

使用丹麥Unisense電極測量數據的研究意義

丹麥Unisense電極（Clark型電極）用于同步記錄組織氧分壓（pO2）和神經元活動，提供高分辨率實時數據。測量顯示，IL-1β注射后pO2反應從3小時開始顯著降低（圖7），與LFP活動下降平行，但MUA無變化。研究意義在于直接量化組織氧合變化，證實IL-1β導致局部缺氧，而非神經元直接死亡。電極數據還顯示，在對照組中pO2與伽馬活動顯著相關，而IL-1β組相關性喪失，突顯神經血管耦合解耦。這支持IL-1β通過影響血管功能（如前列腺素或一氧化氮介導）或神經元傳輸（如NMDA受體調控）破壞耦合。使用Unisense電極強化了IL-1β在腦損傷中通過氧供應不足加劇病變的機制，為靶向治療（如IL-1拮抗劑）提供依據。