基于缝隙连接蛋白-43调控的运动预处理促进大鼠脑缺血再灌注后神经血管单元重构的机制研究

目的:探讨运动预处理通过影响缝隙连接蛋白-43(Cx43),促进脑缺血再灌注损伤(CIRI)后血管神经单元重构的作用。方法:将72只雄性SD大鼠分为假手术组、模型组、运动预处理组,并用线栓法制作大脑中动脉缺血/再灌注模型。在恢复灌注的1天、3天后分别进行神经功能缺损评分、Western Blot及免疫荧光染色检测Cx43蛋白表达水平、免疫组化法检测CD34表达水平。结果:与假手术组相比,模型组神经功能缺损评分、缺血侧皮层脑组织中Cx43蛋白表达水平显著升高(P<0.01),CD34细胞阳性率显著下降(P<0.01)。与模型组相比,运动预处理组神经功能缺损评分、缺血侧皮层脑组织中Cx43蛋白表达水平较低,CD34细胞阳性率上升,差异均有显著性意义(P<0.01)。结论:作为CIRI和神经血管单元重构机制靶点之一,基于Cx43调控的运动预处理可通过抑制CIRI后Cx43的激活,上调CD34表达,发挥作用。

损伤脑内神经血管网络重构的细胞和分子机制的研究

缺血性脑卒中发生后脑内的病理十分复杂,包括急性和慢性神经细胞的死亡和再生修复。已知神经血管网络重构在损伤脑修复中起关键作用。本课题组的系列研究发现,缺血损伤脑区损伤的细胞除了发生不可逆的死亡外,还存在神经元和血管的新生及星形胶质细胞增殖。有趣的是,这些血管和星形胶质细胞在神经元新生中发挥重要的调节作用。缺血损伤脑内活化的星形神经胶质细胞可作为干细胞样细胞,能转分化为新生的神经元。血管内皮细胞生长因子(VEGF)具有促进神经元新生和突触可塑性。新生神经元又能与局部和远端的神经形成有功能的网络。此外,VEGF能直接调节神经元和神经胶质细胞膜上离子通道功能,参与神经元的轴浆转运和递质释放,提高神经元对缺血缺氧损伤的耐受能力。我们的研究发现,在缺血损伤脑内神经血管网络重构中,星形神经胶质细胞在细胞间起桥梁样作用,而VEGF充当了细胞间的联络分子的作用的新观点。

莫诺苷促脑卒中后神经血管单元微血管功能修复

目的针对脑卒中,目前临床上除溶栓外,仍缺乏有效的神经保护治疗手段.基于脑卒中治疗“神经血管稳态重构”假说,本研究探讨莫诺苷对血脑屏障重构和微血管功能完整性的作用,包括对脑卒中早期的血脑屏障通透性作用和修复期血管新生作用.方法选取体重在260～280g的SD♂大鼠,制备大脑中动脉阻塞（MCAO）模型.缺血30min后再灌注,待大鼠清醒后进行神经功能行为学评分,评估造模是否成功.随机分为假手术组、模型组、莫诺苷低剂量组（30mg·kg^-1）、莫诺苷中剂量组（90mg·kg^-1）和莫诺苷高剂量组（270mg·kg^-1）.给药3d、7d和28d后分别用灌注取脑和新鲜取脑的方式,收集实验标本.运用免疫组织化学法、免疫荧光法以及免疫印迹法检测血脑屏障通透性和血管发生相关指标.结果（1）MCAO造模72h后,大鼠患侧大脑EB染液渗透量增加,表明血脑屏障被破坏.而给予莫诺苷可通过下调梗死半暗带皮层MMP-9和MMP-2的表达,降低患侧皮层IL-1β的水平,进而抑制脑缺血早期血管的通透性.（2）MCAO造模7d后,内皮祖细胞激活,梗死半暗带皮层的新生血管数量比假手术组有所增加;同时脑缺血刺激引起促血管新生因子Ang-1及其受体Tie-2,以及NRP-1、FGF-2、VEGF等蛋白的表达升高.莫诺苷能进一步激活内皮祖细胞增殖,提高促血管生成因子的表达水平,增加皮层梗死半暗带血管数量,并将血管新生维持到28d,促进脑缺血后期微血管完整性修复,最终促进血脑屏障的重构.结论莫诺苷对脑缺血后早期BBB的损伤具有保护作用,并能够提高脑缺血/再灌注7d后皮层梗死区域周边新生血管数量,促进血管新生,对恢复神经血管单元微血管功能完整性有明显的作用.结合我们前期对莫诺苷促进脑缺血后神经发生作用的研究,进一步验证了脑卒中治疗“神经血管单元稳态重构”假说,将为脑卒中神经保护药物的研究提供了新思路.

基于神经再生修复策略的药物及电刺激康复治疗手段

脑卒中等神经系统疾病的关键临床问题之一就是神经再生修复,以及相应的促进功能修复的治疗方法研究。有效的康复治疗能减轻脑损伤患者功能上的残疾,加速康复进程,降低潜在的治疗费用,减轻社会和家庭负担。以脑卒中为例,目前除溶栓外仍缺乏有效的神经保护及再生修复治疗手段,存活患者中有70%~80%的病人不同程度丧失劳动力,其中40%为中度功能障碍,15%~30%为重度残疾,而临床的康复治疗效果受限于现有康复机制、康复理念以及康复治疗技术,亟待寻找有效的脑卒中再生修复治疗靶点和新方法。我们课题组总结十多年的研究工作,针对内源性干细胞再生修复治疗缺血性脑损伤,提出了“神经血管稳态重构”假说:脑卒中等损伤能诱发自体干细胞跃迁增殖,但该反应持续时间较短,增殖逐渐回落到正常水平,不足以修复大脑功能;通过给予外源性药物或电刺激等物理治疗手段增强神经发生、血管新生,以及血脑屏障重构过程,促进神经血管单元稳态恢复,最终达到脑损伤后神经功能修复的作用。在该理论基础上,我们首次发现了单体化合物莫诺苷能显著促进脑卒中后神经发生、血管新生过程,维持血脑屏障完整性并促进微循环网络重构,进而改善缺血侧皮层的神经元功能,最终达到再生修复治疗脑卒中的作用。通过表面等离子共振结合实验和转录组测序,以及体内外基因敲除分子生物学技术研究手段,验证了莫诺苷促内源性神经干细胞增殖、分化为神经元的关键靶点。随着科技的进步,脑机接口、人工智能等为医学发展带来了无限的可能。2018年首都医科大学宣武医院正式成立了中国国际神经科学研究所类脑智能临床转化研究中心,并启动了国际“重拾行走计划”在我国的首个项目。类脑智能中心依托于首都医科大学宣武医院强大的神经学科优势,立足于类脑智能,致力于通过类脑智能的手段研究和解决神经系统相关的疑难问题。以脑电信号分析技术、神经影像技术和深度学习技术为桥梁,寻求在高级脑功能保护、神经血管、癫痫、认知疾病和神经肿瘤等方面的重大原创突破。在这个背景下,我们与神经外科密切合作,开始探索脑深部电刺激对内源性神经干细胞的作用及调控机制,发现了脑深部电刺激小脑齿状核对侧脑室下层神经干细胞增殖分化的调控作用及对缺血性脑损伤神经功能的修复作用,部分研究数据已在Scientific Reports发表。该研究进一步验证了“神经血管稳态重构”假说,并对内源性干细胞治疗脑卒中提供一定的指导意义。而对于老年痴呆、帕金森病等神经退行性疾病,电刺激或许能重新激活大脑内的神经干细胞,配合药物干预和康复训练,给慢性神经系统疾病患者的神经功能再生修复治疗带来希望。