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

類淋巴系統(tǒng)被認為是大腦環(huán)境穩(wěn)態(tài)的基礎，該系統(tǒng)主要負責腦脊液（CSF）在腦實質(zhì)中的流動，并清除代謝廢物。它涉及CSF沿著血管周圍空間流入腦實質(zhì)，通過星形膠質(zhì)細胞終足上的水通道蛋白- 4（AQP4）的極化分布實現(xiàn)CSF與組織間液（ISF）的交換，隨后通過淋巴系統(tǒng)清除CSF和細胞外廢物。該系統(tǒng)紊亂可能導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)病機制密切相關(guān)。然而，當前對類淋巴系統(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，在各種病理條件下都能帶來益處。40 Hz閃光會導致初級視覺皮層和其他大腦區(qū)域的細胞外腺苷水平強勁而持續(xù)地增加，40 Hz閃光可促進睡眠，當淋巴系統(tǒng)最活躍時腺苷受體（A2AR）信號傳導在控制淋巴系統(tǒng)方面具有獨特的優(yōu)勢，因為它在睡眠中發(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的關(guān)鍵因素。40 Hz閃光、增強的腺苷信號傳導和睡眠之間的這種新關(guān)系增強了類淋巴流動，基于這一原理，作者提出 40 Hz閃光可以通過腺苷信號傳導促進類淋巴流動的科學假說。
 

圖1. 40 Hz 閃光通過增加動脈血管運動增強類淋巴流動

由于血管運動是腦脊液沿血管旁通路進入腦實質(zhì)的驅(qū)動力，作者評估了40 Hz閃光對血管運動的影響，觀察到清醒小鼠的動脈血管運動在40 Hz閃光處理30分鐘后顯著增加。類淋巴流動與腦血流量（CBF）具有相關(guān)性，CBF是類淋巴流動的驅(qū)動力。因此，作者使用了瑞沃德激光散斑血流成像系統(tǒng)監(jiān)測腦血流的變化，激光散斑結(jié)果顯示，野生型（WT）小鼠經(jīng)過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力學因素， 作者測試了40 Hz閃光對血壓和心率的影響，血流動力學監(jiān)測顯示，WT小鼠在40 Hz閃光前后血壓或心率沒有顯著差異（圖1 g-j）。因此，40 Hz的閃光似乎通過血管運動和CBF來增強類淋巴流動，而不會影響血壓或心率。
 

圖2. 腺苷受體（A2AR）介導 40 Hz閃光誘導類淋巴流動的增加

腺苷通過腺苷受體（A2AR）和a1受體（A1R）協(xié)調(diào)適應性反應。為了探究哪種腺苷受體在40 Hz閃光增強類淋巴系統(tǒng)的效應中起作用，作者進一步進行了研究。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（圖2 a，b），A1R的蛋白表達沒有顯著變化（圖2 a，c）。在進一步的實驗中發(fā)現(xiàn)，A2AR敲除的轉(zhuǎn)基因小鼠在40 Hz閃光下沒有表現(xiàn)出類淋巴流動增加（圖2 d，f）。鑒于A2AR控制CBF的能力，作者通過激光散斑血流成像系統(tǒng)監(jiān)測小鼠的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的相互作用通過培養(yǎng)的皮層星形膠質(zhì)細胞中免疫共沉淀AQP4和A2AR進一步得到加強（圖2 n）。

總之，該研究揭示了 40 Hz 閃光促進類淋巴流動的作用及其機制，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
研究證明了40 Hz閃光增強了小鼠的類淋巴流動。并行使用三種獨立方法來評估類淋巴流動，即熒光示蹤、體內(nèi)雙光子顯微鏡和 DCE-MRI，證實了這一結(jié)論。

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

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瑞沃德RFLSI ZW激光散斑血流成像系統(tǒng)