杜久林等揭示大脑血流全局调配的神经机制

脑脉管系统网络具有多种关键功能，包括氧气和营养供应、代谢废物清除和稳态维持。脑血流量(CBF)维持在相对稳定的范围内，但在空间和时间尺度上呈现动态波动。局部神经活动通过神经血管耦合(NVC)增加局部血流量，以满足更高的能量需求。尽管NVC已得到充分研究，但神经血管通讯如何在全球范围内协调CBF仍是未知的。阐明这些机制是理解全脑血管网络如何与神经回路合作以支持大脑功能的基础，因为即使是简单的感觉处理或行为也涉及广泛分布在大脑中的神经活动。

有证据表明，当地和非当地因素对CBF进行了联合监管。先前的研究报告了感觉刺激期间相邻脑区之间的血流重新分布，以及不同脑区或行为状态之间的可变神经血管关系，暗示了NVC之外更广泛的血管控制机制。通过免疫染色和药理学研究，包括蓝斑(LC)、中缝背核、基底前脑和腹侧被盖区在内的皮质下核与脑血管调节相关联。特别是，LC去甲肾上腺素(NE)神经元的损伤、LC区域的刺激或NE水平的药理学操作会改变CBF并影响其跨区域再分布。然而，关于这些神经调节系统如何与血管系统通信以调节整体CBF及其相关机制的全面阐述仍然有限，主要是由于在完整动物中监测全脑神经血管动力学的技术挑战。

群体周细胞在整个大脑脉管系统中显示C-to-A模式的活动（图源自Neuron ）

脑周细胞，即包裹毛细血管和小动脉-毛细血管过渡带的壁细胞(MCs ), 是介导神经血管通讯的关键候选细胞。它们表达各种离子通道和G蛋白偶联受体(GPCRs)，使它们能够积极响应神经和代谢提示。近年来，周细胞及其细胞内钙信号传导在控制其包裹血管直径方面的作用已得到越来越多的认可。目前尚不清楚周细胞是否以及如何整合全脑血管活性信号来调节整体血管动力学。

在这里，利用斑马鱼幼体大脑的光学透明性和小尺寸，结合了全脑神经血管成像和靶向细胞操作来研究全局神经血管通讯的时空模式和机制。研究人员观察到LC-NE神经元耦合并驱动的全局模式化周细胞活动，由互补NE和胶质细胞介导的途径介导。数学CBF模型和行为测定进一步揭示了LCNE神经元-周细胞偶联(LPC)介导的整体血管收缩驱动促进了血流协调并重塑了NVC血流，支持了行为表现。鉴于LCNE跟踪唤醒水平，这种机制可以使大脑动态调整血液分配，以匹配其全球神经网络活动。该研究系统解析了由LC-NE能神经元-胶质细胞-周细胞-血管协同的全局脑血流调配机制，揭示了协调全脑血流动态的生理意义，并提示大脑可通过LC-NE系统，协调大脑血管网络和神经网络的功能状态。

中国科学院脑智卓越中心杜久林研究员和博士毕业生孙乐为该论文的共同通讯作者，孙乐博士和脑智卓越中心彭小兰博士为该论文的共同第一作者。脑智卓越中心訾化星、张朕坤、龚雨晨、李佳、朱宇齐、杨以清及上海交通大学曹核威在研究中作出相应贡献。上海交通大学胡丹教授、脑智卓越中心王凯研究员为该工作提供了重要指导。该研究得到国家基金委、上海市和中国科学院相关基金的资助。

https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(25)00791-3

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