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

紋狀體白細(xì)胞介素-1注射后血流動力學(xué)反應(yīng)降低及皮質(zhì)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(jīng)炎癥雜志》第13卷，2016年，文章編號195

 

摘要

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

 

研究目的

研究目的是調(diào)查IL-1β是否對皮質(zhì)神經(jīng)血管耦合產(chǎn)生負(fù)面影響，特別是在感覺刺激下，以了解IL-1β在腦損傷如中風(fēng)中的作用機(jī)制。

 

研究思路

研究思路采用大鼠模型，在麻醉狀態(tài)下，通過機(jī)械刺激觸須，測量桶狀體感皮質(zhì)的神經(jīng)元活動和血流動力學(xué)變化。注射IL-1β或?qū)φ談┑郊y狀體前后，使用二維光學(xué)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(xué)反應(yīng)。同時，使用Clark型電極（丹麥Unisense電極）結(jié)合尖銳電極，同步記錄皮質(zhì)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(xì)胞浸潤和血腦屏障通透性，以確認(rèn)炎癥效應(yīng)。數(shù)據(jù)采集持續(xù)6小時，比較注射前后變化。

 

測量的數(shù)據(jù)及研究意義

1 測量了血流動力學(xué)反應(yīng)，包括HbO2和HbT濃度變化，通過光學(xué)成像光譜。數(shù)據(jù)顯示IL-1β注射后HbO2和HbT反應(yīng)顯著降低，從5小時開始（數(shù)據(jù)來自圖3和圖4）。研究意義是直接證明IL-1β?lián)p害血流動力學(xué)反應(yīng)，可能導(dǎo)致腦部氧供應(yīng)不足，在與IL-1β相關(guān)的神經(jīng)疾病中起關(guān)鍵作用。

 

 

2 測量了神經(jīng)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)來自圖6和圖8）。研究意義是表明IL-1β影響神經(jīng)元輸入（LFP），但未直接損傷神經(jīng)元輸出（MUA），突顯神經(jīng)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(shù)據(jù)顯示IL-1β注射后pO2反應(yīng)從3小時開始降低（數(shù)據(jù)來自圖7）。研究意義是提供直接氧合證據(jù)，證實IL-1β導(dǎo)致組織缺氧，支持血流動力學(xué)反應(yīng)受損的結(jié)論。

 

4 測量了炎癥標(biāo)記，包括中性粒細(xì)胞（SJC陽性）和免疫球蛋白G（IgG）滲出，通過免疫組化。數(shù)據(jù)顯示IL-1β組炎癥標(biāo)記增加（數(shù)據(jù)來自圖5）。研究意義是確認(rèn)IL-1β誘導(dǎo)神經(jīng)炎癥，可能通過血腦屏障破壞加劇耦合損傷。

 

 

結(jié)論

1 IL-1β注射導(dǎo)致皮質(zhì)血流動力學(xué)反應(yīng)降低，表明神經(jīng)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(jīng)元輸入而非輸出受損。

3 IL-1β誘導(dǎo)組織氧灌注減少，與LFP活動相關(guān)性喪失，證實耦合解耦。

4 這些發(fā)現(xiàn)可能解釋IL-1β在腦疾病如中風(fēng)中的作用，其中血流減少加劇損傷。

 

使用丹麥Unisense電極測量數(shù)據(jù)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(jīng)元活動，提供高分辨率實時數(shù)據(jù)。測量顯示，IL-1β注射后pO2反應(yīng)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(dǎo)致局部缺氧，而非神經(jīng)元直接死亡。電極數(shù)據(jù)還顯示，在對照組中pO2與伽馬活動顯著相關(guān)，而IL-1β組相關(guān)性喪失，突顯神經(jīng)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(dǎo)）或神經(jīng)元傳輸（如NMDA受體調(diào)控）破壞耦合。使用Unisense電極強(qiáng)化了IL-1β在腦損傷中通過氧供應(yīng)不足加劇病變的機(jī)制，為靶向治療（如IL-1拮抗劑）提供依據(jù)。