基于活体功能超声成像与超声定位显微技术揭示衰老过程中区域特异性脑血管重塑的微创研究框架

这篇研究通过创新的活体功能超声成像(fUS)结合超声定位显微技术(ULM)，建立了慢性植入透明颅窗(TPX)的微创成像平台，首次实现了对衰老小鼠大脑皮层和深部区域脑血管结构与功能的纵向评估。研究发现衰老导致皮层小动脉/小静脉比率(AVR)显著下降，并验证了fUS可可靠评估老年小鼠神经血管耦合(NVC)反应，为认知障碍和神经退行性疾病的血管机制研究提供了新型无创工具。

　　

2.1 皮层、海马和白质血管覆盖率随衰老下降

通过TPX颅窗植入和14天恢复期后，研究团队采用fUS/ULM技术对年轻(3-6月龄)和老年(24-28月龄)小鼠进行成像。注射微泡(MBs)对比剂后，通过定制MATLAB脚本将灰度ULM图像转换为二值血管图。定量分析显示，老年组在全脑、皮层、海马和白质区域的血管密度比均显著降低，其中白质区域因在脑区间连接中的关键作用，其血管化下降与卒中风险和认知障碍密切相关。艾伦脑图谱通过自动血管识别系统(BPS)配准，其定位精度(44-96μm)显著优于人工标注(215-259μm)。

2.2 衰老导致关键脑区微血管狭窄

采用FIJI软件的Local Thickness功能分析显示，年轻组皮层和海马区较大血管(黄色标示)更丰富，而老年组则以小血管(紫色标示)为主。定量数据证实衰老导致皮层、海马和白质的平均血管直径显著减小，这与既往报道的微血管稀疏化和血管迂曲度增加现象一致。这种结构性改变可能源于内皮功能障碍、血管生成信号减弱或细胞外基质成分积累。

2.3 衰老改变区域脑血流量速度

基于微泡速度数据构建的流速图(0-100 mm/s)显示，老年组皮层血流速度增加，而海马和白质区域则显著降低。通过泊肃叶公式将血管直径与流速数据融合计算静息脑血流量(CBF)，发现海马和白质区域的CBF显著下降，但皮层区域因局部血管直径减小与血流速度增加的代偿效应，总体CBF未见显著变化，提示该区域可能保留了脑自动调节功能。

2.4 衰老显著降低皮层穿透性小动脉/小静脉比率

通过分析微泡流向(红色示动脉血流，蓝色示静脉血流)，首次量化了小鼠皮层小动脉/小静脉比率(AVR)。老年组AVR显著下降，提示动脉血管的减少比例高于静脉血管。这一发现为脑血管衰老提供了新型结构生物标志物，其临床意义类似于视网膜AVR在微血管健康评估中的应用。

2.5 衰老显著减弱刺激诱发的功能性充血

通过30秒胡须刺激范式评估神经血管耦合(NVC)，发现老年组的血流动力学反应幅度降低40%，达峰时间延迟2.5倍。fUS成像显示对侧体感皮层的血流体积(CBV)变化显著减弱，这与先前激光散斑对比成像(LSCI)结果相互验证，但fUS提供了更优的空间分辨率和深部脑区探测能力。这种NVC损伤可能加剧神经元应激，促进神经退行性病变发生。

3 讨论

该研究通过fUS/ULM联合平台揭示了衰老脑血管的三大特征性改变：结构重塑(血管密度下降28%、直径减小35%)、血流动力学异常(海马CBF降低42%)和功能失调(NVC反应减弱40%)。特别值得注意的是，皮层血流速度的代偿性增加与海马/白质的低灌注形成鲜明对比，可能反映不同脑区对衰老的差异敏感性。新发现的皮层AVR指标为脑血管衰老提供了量化工具，而TPX颅窗技术实现了<10μm分辨率下的长期活体观测。局限性包括麻醉状态对脑血管动力学的影响，以及当前ULM技术对<5μm血管的测量限制。未来可结合功能ULM(fULM)进一步解析小动脉-毛细血管过渡区(ACT)的病理改变。