研究人员发现小鼠大脑中某些特定区域对血管恶化特别敏感，这为血管健康与神经退行性疾病之间的关系提供了新见解。
根据宾州州立大学研究人员的一项最新研究，维持健康的血管不仅对心脏健康至关重要，而且对大脑健康也至关重要，可能在减缓与年龄相关的认知衰退和阿尔茨海默病等神经退行性疾病方面发挥作用。这项研究突显了大脑血管系统的重要性——可以将其视为能源基础设施——在神经退行性疾病的发展中的角色。
他们的研究结果今天（7月30日）发表在自然通讯上。
利用先进的成像方法，研究团队创建了小鼠大脑的图谱，以展示血管和血管细胞如何随着年龄的增长而变化，同时识别出易于衰退的区域。随着血管恶化，神经元失去能量，导致其功能失常或死亡。这个过程可能导致血管性痴呆，这是老年人中认知衰退的第二大常见原因，表现为如睡眠障碍等问题。
宾州州立大学医学学院副教授、研究的资深作者金容秀（Yongsoo Kim）表示：“在阿尔茨海默病的情况下，血管系统的显著变化和MRI上可见的脑萎缩通常发生在细胞死亡已经发生之后。我们必须理解细胞和血管结构的变化，以防发生重大灾难。这项研究提供了神经退行性疾病的早期指标，可以使我们更早地发现，并提供洞察，以帮助我们减缓衰老和认知衰退。”
据金容秀介绍，衰老是导致神经退行性疾病的主要因素。
金容秀指出：“然而，我们对典型衰老如何影响大脑，特别是其血管系统的基础理解仍然不足。”随着美国老年人口的持续增长，他强调了研究血管网络内这些变化的必要性。
血管，尤其是较小的微血管，对于向神经元提供氧气和能量以及去除废物至关重要。尽管它们的重要性不言而喻，但现有的大多数研究主要集中在神经元的退化上，而不是血管成分。当调查确实涉及大脑的血管系统时，通常侧重于较大的血管，或者依赖于像体感皮层这样的特定、易于获得的区域。此外，根据金容秀的说法，典型的神经成像技术，如MRI，通常缺乏可视化大脑血管系统80%到85%的小血管所需的分辨率。
金容秀和研究团队成功地利用两种高分辨率3D成像技术构建了小鼠大脑血管系统的综合图谱：序列双光子断层成像，产生一系列分层的2D图像，以及光片荧光显微镜，能够以单细胞分辨率捕捉完整的完整3D样本。他们分析了年轻和年老小鼠的大脑，以观察血管结构随正常衰老的演变。
金容秀表示：“通过利用高分辨率成像，我们能够重建整个血管框架并检查整个大脑，以识别特定区域在衰老过程中发生退化。”他补充道：“有趣的是，我们发现最常被研究的区域变化最小，而大脑深层区域发生了显著的变化。这表明我们在衰老研究中的关注点可能有所偏离。”
成像显示，血管网络的变化在大脑中并不是均匀的。相反，它们集中在如基底前脑、更深的皮层层和海马网络等区域，这些区域以其在注意力、睡眠调节、记忆处理和储存中发挥的作用而闻名。
随着大脑的衰老，血管的长度和分支密度下降约10%，这意味着血液分配网络的密度降低。此外，根据金容秀的说法，老年大脑中的动脉比年轻大脑中的动脉更容易扭曲，这可能妨碍血流，特别是向主要动脉远离的区域，如更深的皮层层。
这项研究还探讨了血管系统内的功能变化，揭示其在老年大脑中运作得更慢。因此，它在为神经元提供能量时往往无法及时满足需求。同时，周细胞的数量也显著减少，周细胞是对管理血供和血管通透性至关重要的细胞。这导致血管的“泄漏性”增加，从而损害血脑屏障的完整性。
这项研究在早期调查的基础上进行，该团队曾绘制年轻小鼠大脑的血管系统。现在他们计划研究阿尔茨海默病引发的变化如何影响血管健康和神经元功能。他们的最终目标是为神经退行性疾病的潜在治疗铺平道路。
这项研究的共同负责人包括拥有双医学学位和博士学位的学生汉娜·贝内特（Hannah Bennett）和博士后学者斯特菲·曼吉拉（Steffy Manjila），以及曾在宾州州立大学担任助理研究教授，现在是密歇根州立大学助理教授的张清光（Quingguang Zhang）和曾在宾州州立大学担任研究科学家的吴元婷（Yuan-ting Wu），目前在西达塞奈医疗中心担任项目科学家。宾州州立大学的其他贡献者包括在工程科学和生物医学工程等多个领域担任教授的帕特里克·德鲁（Patrick Drew）；研究技术员 Uree Chon；研究技术员 Donghui Shin；研究项目经理 Daniel Vanselow；以及数据科学家 Hyun-Jae Pi。
这项研究得到了美国国立卫生研究院和美国心脏协会的资助支持。
