激光散斑血流成像助力發(fā)現(xiàn)40Hz閃光通過(guò)腺苷信號(hào)增強(qiáng)小鼠腦類淋巴流動(dòng)

類淋巴系統(tǒng)被認(rèn)為是大腦環(huán)境穩(wěn)態(tài)的基礎(chǔ)，該系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)腦脊液（CSF）在腦實(shí)質(zhì)中的流動(dòng)，并清除代謝廢物。它涉及CSF沿著血管周圍空間流入腦實(shí)質(zhì)，通過(guò)星形膠質(zhì)細(xì)胞終足上的水通道蛋白- 4（AQP4）的極化分布實(shí)現(xiàn)CSF與組織間液（ISF）的交換，隨后通過(guò)淋巴系統(tǒng)清除CSF和細(xì)胞外廢物。該系統(tǒng)紊亂可能導(dǎo)致致病蛋白在大腦中的累積，這與多種腦部損傷和神經(jīng)退行性疾病的發(fā)病機(jī)制密切相關(guān)。然而，當(dāng)前對(duì)類淋巴系統(tǒng)調(diào)節(jié)的理解是有限的，這阻礙了基于淋巴治療衰老和神經(jīng)退行性疾病的發(fā)展。

高頻感覺刺激被認(rèn)為是一種有前途的非侵入性策略，可以調(diào)節(jié)大腦功能，在各種病理?xiàng)l件下都能帶來(lái)益處。40 Hz閃光會(huì)導(dǎo)致初級(jí)視覺皮層和其他大腦區(qū)域的細(xì)胞外腺苷水平強(qiáng)勁而持續(xù)地增加，40 Hz閃光可促進(jìn)睡眠，當(dāng)淋巴系統(tǒng)最活躍時(shí)腺苷受體（A2AR）信號(hào)傳導(dǎo)在控制淋巴系統(tǒng)方面具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗�在睡眠中發(fā)揮穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)器的作用及調(diào)控AQP4極化的能力和腦血流量，這些因素都是支持類淋巴流動(dòng)的關(guān)鍵因素。40 Hz閃光、增強(qiáng)的腺苷信號(hào)傳導(dǎo)和睡眠之間的這種新關(guān)系增強(qiáng)了類淋巴流動(dòng)，基于這一原理，作者提出 40 Hz閃光可以通過(guò)腺苷信號(hào)傳導(dǎo)促進(jìn)類淋巴流動(dòng)的科學(xué)假說(shuō)。
 

圖1. 40 Hz 閃光通過(guò)增加動(dòng)脈血管運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)類淋巴流動(dòng)

由于血管運(yùn)動(dòng)是腦脊液沿血管旁通路進(jìn)入腦實(shí)質(zhì)的驅(qū)動(dòng)力，作者評(píng)估了40 Hz閃光對(duì)血管運(yùn)動(dòng)的影響，觀察到清醒小鼠的動(dòng)脈血管運(yùn)動(dòng)在40 Hz閃光處理30分鐘后顯著增加。類淋巴流動(dòng)與腦血流量（CBF）具有相關(guān)性，CBF是類淋巴流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)力。因此，作者使用了瑞沃德激光散斑血流成像系統(tǒng)監(jiān)測(cè)腦血流的變化，激光散斑結(jié)果顯示，野生型（WT）小鼠經(jīng)過(guò)40 Hz閃光處理后，皮質(zhì)CBF顯著增加（圖1 e，f）。由于淋巴流量還取決于心血管和血流動(dòng)力學(xué)因素， 作者測(cè)試了40 Hz閃光對(duì)血壓和心率的影響，血流動(dòng)力學(xué)監(jiān)測(cè)顯示，WT小鼠在40 Hz閃光前后血壓或心率沒(méi)有顯著差異（圖1 g-j）。因此，40 Hz的閃光似乎通過(guò)血管運(yùn)動(dòng)和CBF來(lái)增強(qiáng)類淋巴流動(dòng)，而不會(huì)影響血壓或心率。
 

圖2. 腺苷受體（A2AR）介導(dǎo) 40 Hz閃光誘導(dǎo)類淋巴流動(dòng)的增加

腺苷通過(guò)腺苷受體（A2AR）和a1受體（A1R）協(xié)調(diào)適應(yīng)性反應(yīng)。為了探究哪種腺苷受體在40 Hz閃光增強(qiáng)類淋巴系統(tǒng)的效應(yīng)中起作用，作者進(jìn)一步進(jìn)行了研究。研究首先觀察到，40 Hz閃光顯著增加了全腦提取物中的A2AR的蛋白表達(dá)（圖2 a，b），A1R的蛋白表達(dá)沒(méi)有顯著變化（圖2 a，c）。在進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，A2AR敲除的轉(zhuǎn)基因小鼠在40 Hz閃光下沒(méi)有表現(xiàn)出類淋巴流動(dòng)增加（圖2 d，f）。鑒于A2AR控制CBF的能力，作者通過(guò)激光散斑血流成像系統(tǒng)監(jiān)測(cè)小鼠的CBF，作者發(fā)現(xiàn)在A2AR敲除小鼠中，這種由40 Hz閃光引發(fā)的CBF增加被消除了（圖2 g，i）。A2AR-AQP4的相互作用通過(guò)培養(yǎng)的皮層星形膠質(zhì)細(xì)胞中免疫共沉淀AQP4和A2AR進(jìn)一步得到加強(qiáng)（圖2 n）。

總之，該研究揭示了 40 Hz 閃光促進(jìn)類淋巴流動(dòng)的作用及其機(jī)制，為神經(jīng)障礙的治療提供了新的思路和方向。

研究方法亮點(diǎn)
研究證明了40 Hz閃光增強(qiáng)了小鼠的類淋巴流動(dòng)。并行使用三種獨(dú)立方法來(lái)評(píng)估類淋巴流動(dòng)，即熒光示蹤、體內(nèi)雙光子顯微鏡和 DCE-MRI，證實(shí)了這一結(jié)論。

由于淋巴系統(tǒng)在衰老和各種神經(jīng)障礙中會(huì)惡化，導(dǎo)致認(rèn)知下降和蛋白質(zhì)病變，該研究結(jié)果確立了40 Hz閃光作為增強(qiáng)類淋巴流動(dòng)的新型非侵入性策略，腺苷信號(hào)作為重要的調(diào)節(jié)因子，具有治療神經(jīng)障礙的潛力，且具有促進(jìn)睡眠、安全性高和起效快等優(yōu)點(diǎn)。

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瑞沃德RFLSI ZW激光散斑血流成像系統(tǒng)