基于同步辐射光源微血管成像技术的大鼠脑缺血后侧枝循环开放的机理研究

Establishment of early collateral is a critical step in brain remodeling/repairing after ischemic stroke. Clinical observation found that earlier reperfusion is related to better prognosis. However, the collateral is difficult to be detected due to the limitation of imaging devices. Using synchrotron radiation angiography (SRA), we firstly visualized collateral between pterygopalatine artery (PPA) and external cervical artery (ECA) branches after ECA transection in rat middle cerebral artery occlusion (MCAO) models. If collateral existed, and when/where the collateral begin to form after ischemic stroke is unclear. Utilizing novel SRA technique and rat MCAO model, we will explore: 1) if collateral exists following MCAO? If so, when/where the collateral begins to form? 2) if early administration of vasodilation drug（nimodipine） promotes collateral opening and improve neurological outcomes? Our study will establish a unique method, which will dynamic observe collateral during MCAO. Study on the progress of collateral formation and early administration of vasodilation compound will provide useful evidence and benefit to clinical stroke therapy.

早期侧枝循环的开放对缺血性脑卒中后缺血区脑组织的修复起着至关重要的作用。临床发现缺血区存在早期再灌注的患者预后良好，然而，由于影像技术的局限性，侧枝循环的开放不易被发现。应用同步辐射吸收成像技术，我们在大鼠大脑中动脉梗塞模型中发现阻断大鼠供应咬肌的颈外动脉后，翼腭动脉可发出侧枝供血。然而，在脑缺血后，是否存在侧枝循环向缺血区供血，何时开放，尚不清楚。本课题将依托上海光源在大鼠大脑中动脉梗塞模型中进行活体动态研究：1）脑缺血后大脑中动脉供血区侧枝循环的开放部位及时程的活体成像检测；2）早期扩血管药物干预是否可以促进脑缺血后侧枝循环开放及改善动物预后。本课题研究将建立活体观察大鼠脑部侧枝循环变化的新方法，研究脑缺血后侧枝循环的开放进程及其与药物干预之间的关系将有助于临床更好地设计缺血性脑卒中治疗方案。

卒中在我国是一种高发病率、高致死率、高致残率的严重疾病。啮齿类动物的线栓法大脑中动脉阻塞（MCAO）模型是普遍用于研究卒中的小动物模型，然而该模型存在诸多影响模型的稳定性和动物存活率的因素。因此，应用影像学方法对啮齿类动物线栓法大脑中动脉阻塞模型前后的脑血管和脑血流进行原位活体成像将有助于机制机理的研究并提高模型稳定性。卒中后存在不同级别侧枝循环的开放，其开放程度与卒中预后相关，既往研究认为雷帕霉素在卒中后可能具有促进侧枝开放的作用。通过应用和发展基于X射线的活体同步辐射脑血管造影技术，并结合核磁共振成像等技术，获得相关结论：（一）线栓法大鼠大脑中动脉阻塞模型术后存在翼腭动脉到颌外动脉的侧枝循环，该颅外侧枝循环保证了咀嚼肌不受颈外动脉切断的影响，提示术后存在颅外大血管间的侧枝循环；（二）线栓法大鼠短暂性大脑中动脉阻塞模型术后存在眼动脉吻合支、颈内动脉和眼动脉间的侧枝循环、颈内动脉和翼腭动脉间的侧枝循环；大鼠永久性大脑中动脉阻塞后存在翼腭动脉和硬脑膜动脉间的侧枝循环，但不存在翼腭动脉和大脑中动脉间的侧枝循环，提示翼腭动脉的结扎并不能影响梗死体积的稳定性；（三）发展了一种基于造影剂密度时空变换拟合分析的功能性同步辐射脑血管造影（fSRA）技术（完整源代码见附录）；应用该技术，发现大鼠短暂性大脑中动脉阻塞后的豆纹动脉的血管弹性在缺血后1天至7天逐渐降低，从7天至28天逐渐恢复，此变化与水肿体积的变化正相关，但与血流速度的变化负相关；提示脑缺血后血管弹性的变化可能与脑水肿和血流速度有关；（四）雷帕霉素干预能维持小鼠短暂性大脑中动脉阻塞后脑表面软脑膜侧枝动脉的开放，增加其血流速度，并扩张大脑后动脉和大脑中动脉间侧枝动脉的直径，进而增加大鼠血栓性大脑中动脉阻塞后大脑中动脉区域的血液灌注，提示雷帕霉素能通过促进颅内侧枝循环的开放而起到脑保护的作用。以上研究结果将有助于推动同步辐射脑血管造影技术的发展，并使之更广泛地应用于卒中的基础研究和临床应用。