固有柔脑膜侧支化对缺血性卒中后快速血流补充的影响
- 北京心联光电科技有限公司2022年8月8日 9:11 点击：573
背景
Willis环（CW）和柔脑膜（leptomeningeal, LMA）血管网分别由初级和次级侧支通路构成。LMA侧支可能向大脑皮层表面提供双向动脉血液，连接大脑前动脉（ACA）与大脑中动脉（MCA）、大脑中动脉（MCA）与大脑后动脉（PCA），并在较小程度上连接ACA与PCA。当Willis环下游的大脑动脉突然闭塞时，LMA侧支来补充维持血液供应。大量证据表明，缺血性卒中后的LMA侧支化对卒中结果预测起关键作用。因此在急性缺血性卒中患者的治疗管理中，常通过神经影像技术评估侧支血流状态，该方案ESCAPE临床证实过并已经成为可靠的决策评估方法。已知年龄、血管风险因素和遗传都会影响侧支的发育和动态反应，但尚未完全确认影响脑血管侧支化的具体因素。
研究较充分的是遗传对固有侧支范围的影响，已被用于预测MCA卒中后的梗塞体积，通过同源图确定了Dce1（determinant of collateral extent 1）基因。将Dce1的等位基因导入Balb/C小鼠基因组中，使软脑膜侧支范围较野生型减少了83%，并以等位基因剂量依赖的方式恢复了脑血流量（CBF），减少了大脑中动脉闭塞（MCAO）后的梗塞体积，证实了缺血区域中固有侧支在决定脑血管灌注上的重要性。
尽管已知在急性缺血性卒中后，固有侧支循环与脑损伤严重程度存在一定的联系，但仍无法解释LMA侧支系统如何以暂时的方式补偿脑血流，如何影响下游小血管中的血液供应。之前许多临床前研究无法评估滋养动脉对缺血性区域的贡献，因为没有合适的方法，只能依靠评估整体血液灌注或验尸检查。本文假设LMA侧支范围减少以及先前存在的侧支直径变小会影响卒中后从软脑膜血管到微血管床的血液灌注，使用光学相干断层扫描血管造影术（OCTA）评估皮质脑血流动力学进行验证。使用2个固有LMA分支不同的小鼠品系C57BL/6和Balb/C，确定缺血性卒中后LMA吻合周围的时空动力学，描述并比较不同的侧支血流对下游网状小动脉和毛细血管血流的影响，以及对卒中结果的影响。
图1 OCT系统及OMAG方法示意图。（a）1310 nm SD-OCT系统。SLD：超发光二极管；PC：偏振控制器。（b）OMAG扫描方案。一个cluster中进行8个连续扫描，应用OMAG算法提取血流信息。（c）3D OMAG体积式en face MIP。（d）DOMAG算法获得速度B-frame。（e）从DOMAG数据产生的双向轴向速度图。颜色棒代表红细胞的轴向速度，流量下降为阴性呈绿色，流量上升为阳性呈红色。（f）皮质中下降的PA血流（顶部）和上升的小静脉流（底部）。（g）x-y平面的PA和小静脉血流信号。
结果
01-固有柔脑膜侧支循环是卒中后快速逆向血流募集的原因
为确定固有侧支如何在空间和时间上影响逆行血流，使用wild field Doppler OCT（DOCT）成像并量化远端大脑前动脉及大脑中动脉的血流。基线条件时，从近端（S3）到远端（S1）MCA分支检测流入速度梯度减少（图3a-c），但血管直径保持相对恒定（图3d）。dMCAO 30min后，C57BL/6小鼠中观察到强劲的MCA逆流和连接远端MCA及ACA的侧支吻合，但Balb/C小鼠中没有（图3b）。dMCAO期间，C57BL/6小鼠中大部分临近ACA和MCA连接点的远端MCA小动脉的流速（图3a）显著减缓到基线值的56%和31%，Balb/C小鼠更甚，达到基线值的0.2%和1.7%。此后，C57BL/6小鼠中MCA小动脉更近端的流速和流量逐渐恢复，dMCAO后7天恢复了2-3倍（图3b、c和e）。相反，Balb/C小鼠中，直到dMCAO后7天，S1和S2中的流速、血管直径和流速没有显著恢复（图3c-e）。使用DOCT在远端MCA小动脉中评估不同品系在LMA血流恢复上的差异，使用激光多普勒血流仪（LDF）评估MCA区域rCBF的差异（图3F），并将二者相关联，表明侧支血流范围能够预测缺血区的整体血液灌注状态。
02-Balb/C小鼠中，卒中引起的大脑中动脉区网状小动脉进一步加剧
使用DOCT确定逆行性软脑膜侧支血流如何影响下游网状小动脉（PA）中的血流，获得的en face流速图谱显示在图4a中。可见MCAO后30min，C57BL/6和BALB/C小鼠中MCA区域的总PA流量显著减少到约基线的13.7%和0.03%（图4a，b），与之前研究结论一致，即PA是大脑皮层循环的瓶颈。C57BL/6小鼠MCA区域的PA在dMCAO后7天内逐渐恢复到基线流量的49.3%，而同期间内Balb/C小鼠仅恢复到6.7%（图4b）。品系间总流量的差异体现在dMCAO期间PA的平均截面直径上（图4c）。两个品系在dMCAO期间的ACA区域检测到总血流减少，随后7天恢复，C57BL/6和Balb/C分别恢复到基线的72 %和64%（图4e）。dMCAO期间及后7天，C57BL/6小鼠中MCA区域PA的最大流速显著大于Balb/C小鼠（图4d），而dMCAO期间ACA区域该趋势相反（图4g）。
图4 卒中后Balb/C小鼠大脑中动脉区PA血流几乎耗尽，也几乎没有恢复。（a）在C57BL/6和Balb/C小鼠皮质表面下300 μm厚的组织板内，OMAG数据（上）和双向DOMAG数据（下）。（b-d）每个品系MCA中总流量、平均截面面积和最大轴向流速的动态变化。（e–g）ACA中的动态变化。
03-与C57BL/6小鼠相比，Balb/C小鼠在卒中后的毛细血管转运时间上表现出更大的异质性
评估并比较了不同品系间dMCAO后毛细血管转运时间的平均及空间分布。掩蔽直径大于15 μm的血管后，OCTA测速获得的毛细血管的平均频率（MF）图显示出来（图5a）。从这些MF信号中推导出MCA和ACA区转运时间的空间分布特征，包括平均毛细血管转移时间（CTT）和毛细血管转运时间异质性（CTTH）（图2c）。Balb/C小鼠dMCAO后30 min平均CTT增加，并在MAC区域CCAO逆转后持续了1h，但在ACA区域dMCAO期间及后1天都保持增加（图5b，d），品系间无显著差异。Balb/C小鼠中，卒中诱导的CTTH增加持续存在，而且MCA区域的增加在dMCAO期间较C57BL/6更显著（图5c，e），导致微血管阻力增加，卒中后氧摄取减少。Balb/C小鼠ACA区域的CTTH在dMCAO后也增加，但随后7天内恢复。不同品系在ACA区域的CTTH上无显著差异（图5e）。
图5 卒中后，Balb/C小鼠毛细血管转运时间表现出更强的空间异质性。（a）皮质板中毛细血管平局频率图。Balb/C小鼠卒中后，CTT显著增加并持续到CCAO逆流以后，在（b）MCA和（d）ACA区域都是如此。卒中后CTTH增加，并在（c）MCA区域持续高着，或在（d）ACA区域中持续到dMCAO后1天。dMCAO期间Balb/C小鼠中CTTH增加较C57BL/6显著更多。
04-C57BL/6和Balb/C小鼠在脑血管上的遗传变异
为了确定缺血性卒中后固有LMA侧支的范围是否能帮助逆行血流补偿，分析了DiI标记的动脉造影图。基线时，C57BL/6小鼠ACA和MCA之间表现出明显更多的相互连接的LMA吻合侧支（图6a，b），与以前的研究结果一致。相比之下，Balb/C小鼠的PcomA畅通性更好（图6c）。两品系中，ACA和MCA间从中线到边界的距离在三个水平轴上都基本一致（图6d），表明二者背侧大脑半球中MCA相关区域类似，与以前的发现结果一致。
图6 C57BL6和Balb/C小鼠MCAO之前固有柔脑膜侧支的范围对中结果的预测。（a）C57BL/6和Balb/C小鼠动脉造影图。放大的黄色小图显示C57BL6小鼠MCA和ACA血管网之间有许多吻合点，但Balb/C小鼠没有。（b）基线时MCA和ACA间连接侧枝的量化。（c）对两品系的PcomA畅通性进行评分和比较。（d）在三个不同的神经轴上测定ACA与MCA间中线到吻合线的距离。（e）与C57BL/6小鼠相比，Balb/C小鼠在卒中后7天的卒中尺寸明显更大。（f）与卒中后7天的C57BL/6小鼠相比，Balb/C小鼠在（f）高架水平梯测试时滑落更频繁，并且在（g）转角测试中同侧转弯出现也显著更多，反映了Balb/C小鼠在感觉运动不对称方面更明显的功能损伤。
05-柔脑膜血流的快速招募使梗塞体积和神经损伤较小
dMCAO后7天用云梯和转角测试评估，发现与Balb/C小鼠相比，在C57BL/6小鼠中LMA血流的快速招募预示着较好的卒中结果，梗塞尺寸减小（图6e-g）。虽然Balb/C小鼠的血流量和rCBF有所改善，但后期的血流招募并不能挽救已经缺血的脑组织，也不能改善卒中后的功能性结果。
结论
本研究通过比较两种具有不同侧支程度的小鼠，证明了固有LMA侧支化对快速的侧支血流动力学性有很大的影响。但由于急性缺血性卒中患者的侧支状态取决于侧支血管的重塑，目前的研究可能无法确定人体内固有侧支形成是否能单独预测卒中结果。但有证据表明LMA的发展程度是动态的，运动和治疗都能起到一定的促进作用。先前的研究结果也证明强调了LMA侧支重构在决定卒中预后中的关键作用。最后，虽然侧支循环的程度或状态与缺血性损伤之间存在无可争议的关系，但缺血性损伤的生物反应比较复杂，单独的血管生成可能在治疗或预治疗缺血性卒中作用甚微，仍需要进一步研究探索。
参考文献：Kanoke, Atsushi , et al. "The impact of native leptomeningeal collateralization on rapid blood flow recruitment following ischemic stroke." Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism (2020):0271678X2094126.
联系邮箱：kefu@labbase.net
版权与免责声明
- 凡本网注明“来源：来宝网”的所有作品，版权均属于来宝网，转载请必须注明来宝网， http://www.labbase.net，违反者本网将追究相关法律责任。
- 本网转载并注明自其它来源的作品，目的在于传递更多信息，并不代表本网赞同其观点或证实其内容的真实性，不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。其他媒体、网站或个人从本网转载时，必须保留本网注明的作品来源，并自负版权等法律责任。
- 如涉及作品内容、版权等问题，请在作品发表之日起一周内与本网联系，否则视为放弃相关权利。
