神经炎症诱导的血流动力学行波：胶质细胞相关血管运动对功能神经影像的启示

本研究通过功能超声成像(fUSi)技术，揭示了神经炎症状态下胶质细胞介导的0.1 Hz血流动力学振荡波的时空特性。研究人员在LPS诱导的大鼠神经炎症模型中，发现这种胶质细胞相关的血管运动(vasomotion)可形成跨皮层传播的行波，增强功能连接性(functional connectivity)，并证实小胶质细胞和星形胶质细胞在其中的关键调控作用。该发现为功能神经影像在病理状态下的解读提供了新视角。

　　

大脑作为人体最精密的器官，其功能活动高度依赖稳定的血流供应。长期以来，科学家们通过功能磁共振成像(fMRI)等神经影像技术，观察脑血流变化来推测神经元活动。然而，这种"神经血管耦合"现象背后隐藏着更复杂的机制——除了神经元，胶质细胞和血管细胞如何参与调控？特别是在神经炎症等病理状态下，这种精密的调控网络会发生怎样的改变？这些问题一直困扰着神经科学领域。

来自中国科学院和法国相关机构的研究团队在《eBioMedicine》发表的重要研究，为解开这些谜题提供了新线索。研究人员创新性地采用功能超声成像(fUSi)技术，结合单细胞转录组学和先进形态学分析，系统揭示了神经炎症状态下胶质细胞如何通过调控血管运动(vasomotion)重塑脑血流动力学。

研究主要运用了以下关键技术：1) 功能超声成像(fUSi)监测脑血容量(CBV)变化；2) 超声定位显微镜(ULM)进行血管可视化；3) 单细胞核RNA测序(snRNA-seq)分析细胞转录组；4) 免疫荧光和自动化形态学分析(MorphoCellSorter)评估胶质细胞反应性；5) 主成分分析(PCA)和动态功能连接分析等数据处理方法。

研究结果部分，多个重要发现值得关注：

"炎症诱导局部0.1 Hz血流动力学振荡并增强功能连接"部分显示，LPS注射48小时后，在麻醉和清醒大鼠的视觉皮层均观察到显著的0.08-0.15 Hz振荡波，这种血管运动显著增强了皮层区域间的功能连接性。

"LPS诱导的血流动力学波在皮层和皮层下区域传播"部分通过AquA软件分析发现，这些振荡波能在相邻穿支血管间长距离传播，跨越整个皮层厚度，甚至延伸至皮层下区域。与对照组相比，LPS组的行波事件比例增加25.5%，传播距离增加2.6 mm。

"炎症后静息血流动力学活动向振荡模式重构"部分的主成分分析(PCA)显示，炎症状态下前8个主成分即可解释99.5%的方差，远高于对照组的1000多个成分，表明血流活动高度集中于这种振荡模式。

"神经炎症条件下的血流动力学波与胶质细胞反应性相关"部分通过形态学分析和转录组学证实，小胶质细胞的阿伦兹评分(Andrew's score)与振荡幅度呈负相关，而星形胶质细胞毒素(AAA和FC)能显著抑制这种炎症性血管运动。单细胞转录组显示，LPS注射48小时后星形胶质细胞高表达Gfap和Nes，呈现典型反应性表型。

"LPS暴露后血流动力学波诱导的动力学"部分发现，这种振荡在24小时即出现，48小时达峰，7天后消失，与星形胶质细胞反应性的时间进程一致。

"在振荡存在下持续神经血管耦合"部分显示，尽管存在强烈的基础振荡，视觉刺激诱发的功能性充血(functional hyperemia)反应仍保持正常，且其幅度与基础振荡强度呈正相关。

研究结论部分强调，这项工作首次系统揭示了神经炎症状态下胶质细胞驱动的血管运动是脑血流动力学的重要组成成分。这种0.1 Hz的振荡波不仅能作为功能连接的基质，还可能通过改善脑内液体交换参与神经保护。从临床角度看，该研究提示功能神经影像在病理状态下需要重新审视——传统认为反映神经元活动的血流信号，实际上可能包含重要的胶质成分信息。未来，针对这种血管运动的调控可能成为神经炎症相关疾病的新型治疗策略。

这项研究的技术创新点在于将高灵敏度fUSi与单细胞组学、定量形态学完美结合，首次在个体水平建立了胶质细胞反应性与血流振荡的时空关联。从更广的视角看，它为理解脑内"神经-胶质-血管"三位一体的复杂互作提供了新范式，对阿尔茨海默病等神经退行性疾病的研究也具有重要启示意义。