脑中风后增加血脑屏障渗漏或消除小胶质细胞对神经元结构可塑性的影响

发布时间：2020-04-05 23:42

【摘要】：缺血性脑中风能够诱导快速的血脑屏障破坏和小胶质细胞激活,然而血脑屏障渗漏和激活的小胶质细胞如何影响中风后神经元的恢复以及树突棘的可塑性还不清楚。近几年来,双光子活体成像技术的出现使得在活体脑内观察突触结构的动态变化成为可能,本研究利用这一技术结合转基因荧光小鼠研究了脑中风后血脑屏障渗漏和小胶质细胞对神经元结构可塑性的影响。本论文首先利用神经元有荧光标记的转基因小鼠和双光子活体成像技术研究了缺血再灌注后血脑屏障渗漏对树突损伤以及树突棘可塑性的影响。实验结果表明:在正常小鼠中,尽管甘露醇诱导的血脑屏障的渗漏没有引起炎症反应,也没有影响树突棘的更新率,但却触发了小胶质细胞突起的去分支化;而在脑缺血再灌注后,血脑屏障渗漏的增加加速了小胶质细胞突起的去分支化,同时也增加了炎症反应;更为重要的是,尽管血脑屏障渗漏的增加没有显著地影响神经元损伤程度,也没有影响树突结构的可逆性恢复,但血脑屏障渗漏的增加影响了树突棘的可塑性,和中风-对照组相比,血脑屏障渗漏增加后,树突棘新生率下降,消失率上升,导致了树突棘的净丢失。在脑缺血再灌注后,小胶质细胞被快速激活,但在不同缺血条件下小胶质细胞的形态变化以及增殖规律仍不清楚。在本研究中,我们利用双光子活体成像、共聚焦成像和高通量测序技术研究了不同程度的缺血对小胶质形态变化以及增殖反应的影响。实验结果表明:在缺血再灌流期间,小胶质细胞被迅速激活,其突起快速的去分支化,但其突起的恢复以及增殖反应与缺血程度有关。在短暂性缺血模型中,其突起能够在1天后恢复正常的水平,也没有明显的增殖反应,然而,在延长中风时间至1小时后,小胶质细胞突起在再灌流2天后依然处于去分支化状态,而且小胶质细胞有明显的增殖反应。另外,在长时间中风模型中,转录组测序技术发现大量与小胶质细胞相关的炎症因子显著高调,同时CSF1R信号通路也被激活。通过GW2580抑制CSF1R信号通路或LPS高调炎症水平发现小胶质细胞增殖受CSF1R信号通路以及炎症反应的调控。小胶质细胞不仅参与神经元的发育,而且参与了树突棘的修剪。近年来,CX3CR1~(CreER/+):R26~(iDTR/+)转基因小鼠的出现使得在活体脑内高效且特异性地消除小胶质细胞成为可能。本研究利用CX3CR1~(CreER/+):R26~(iDTR/+)转基因小鼠和双光子活体成像技术研究了脑中风后小胶质细胞对神经元结构的的影响。结果表明,在正常小鼠中,特异性消除小胶质细胞降低了树突棘新生率,但没有影响小鼠的运动能力,然而在脑缺血再灌注后,特异性消除小胶质细胞显著地影响树突棘的可塑性,导致了树突棘新生率下降,消失率进一步上升,造成了树突棘的净丢失,并导致了小鼠运动能力的显著下降,此外,脑缺血再灌注后特异性消除小胶质细胞也改变了炎症因子和突触分子mRNA的表达水平。这些研究结果表明,脑缺血再灌注后,大脑神经元的树突棘在缺血后具有一定的可塑性,增加血脑屏障的渗漏会改变树突棘的可塑性,最终导致了树突棘的过量丢失。另外,短时间的脑缺血再灌注不会引起小胶质细胞的增殖,但1小时的脑缺血促进了小胶质细胞的去分支化和炎症反应,同时也导致了由CSF1R信号通路介导的小胶质细胞增殖反应;进一步特异性消除小胶质细胞后发现,在脑缺血再灌注后小胶质细胞的存在能够阻止树突棘的丢失和运动功能的障碍,有利于神经网络的重建和运动能力的恢复。综上所述,血脑屏障渗漏这一潜在的风险和小胶质细胞这一有利的作用为脑中风的临床治疗提供了一定的参考依据。
【图文】：

再灌流,短暂性,控制中,血流速度

23图 3-1. 短暂性全脑缺血模型的建立A. 小鼠颈总动脉结扎或松开来控制中风程度以及再灌流时间。B. 双光子活体测定全脑缺血模型中血流速度。BCAL 30 min 后血流速度迅速降低，而再灌流 180 min 后血流速度可恢复至正常水平。C. 血流速度统计结果。BCAL 30 min 后血流速度几乎为 0，再灌流 180min 后血流速度恢复至正常水平。D. 全脑缺血过程中神经元结构的活体双光子成像。BCAL 之后神经元结构损伤，树突结构呈念珠状，再灌流 180 min 后树突结构恢复。E. 短暂性缺血后血脑屏障的活体双光子成像。尾静脉注射 EB 后显示活体内血管完整性，在BCAL 30 min 后发现血脑屏障渗漏，而再灌流 180 min 后血脑屏障恢复。Fig. 3-1 Establishment of the transient global cerebral ischemic model.The mice were subjected to transient ischemia by tightening the surgical sutures. A. After bilateralcommon carotid arteries occlusion, surgical sutures were untied to reperfusion the blood vessels.B. Two-photo line scanning imaging of the blood flow velocity before ischemia, 30 min afterischemia and 180 min after reperfusion. C. Quantification of blood flow velocity. D.Morphological changes in dendritic structures before ischemia, 30 min after ischemia, and 180

血脑屏障,甘露醇,双光子,树突结构

26图 3-2. 全脑缺血模型中甘露醇对血脑屏障渗漏性的影响A. 缺血再灌注过程中双光子活体成像时间轴。箭头指示成像时间点。B. 血管溢出物和树突结构的双光子成像。实验分为四组：Sham-control 组、Sham-mannitol 组、BCAL-control组、BCAL-mannitol 组，，成像时间分为：Pre、2 min、60 min、180 min。实验发现，甘露
【学位授予单位】：兰州大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R743.3

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