缺氧缺血性脑损伤后星形胶质细胞与神经元信号网络变化的调控机制

Astrocytes (AS) and neurons meet the cerebral metabolic demand through synergetic anaerobic glycolysis and aerobic metabolism. Glucose absorbed by AS was transformed into lactate (Lac), then the Lac was transferred into neurons by monocarboxylate transporters (MCTs). After hypoxia-ischemia (HI), increase of extracellular glutamate (Glu) concentration can stimulate the absorption of glucose by AS and reduce the release of Lac. At the same time, Na+, Ca2+, Glu, dopamine (DA) and other ions exchanged between and in cells which constitute the network of neural signal transmission. In order to study the function of Lac and Glu in activation of AS, we can study the correlation between MCTs and Lac, GLTs and Glu, which Lac and Glu could be quantitative detected by in vivo 1H MRS. We detected the metabolism of DA and Glucose in brain by using 11C-CFT, 11C-raclopride,18F-DOPA,and 18F-FDG (PET / MR), and study the correlation with GLUTs, DA, DAT, D2R and Ca2+ to further clarify the regulatory mechanism of neural signal transduction-related factor in the astrocytes-neurons network.

星形胶质细胞（AS）和神经元之间通过协同的无氧糖酵解和有氧代谢来满足脑代谢需求，AS摄取葡萄糖后转变为乳酸（Lac）并通过乳酸转运体（MCTs）提供给神经元。缺氧缺血（HI）后，细胞外谷氨酸（Glu）浓度的升高可刺激AS对葡萄糖的摄取利用和Lac的释放；同时，在细胞之间和细胞内，Na+、Ca2+、Glu、多巴胺（DA）等和其它的离子不断的进行交换，构成神经信号传递的网络。在活体利用1H MRS定量检测HI后Lac、Glu的变化，并与神经元、AS特异性的MCTs、GLTs进行相关研究，可明确Lac、Glu变化对AS激活的作用。应用11C-CFT、11C-raclopride、 18F-DOPA、18F-FDG（PET/MR）检测脑内多巴胺及葡萄糖代谢变化，并同GLUTs、DA及DAT、D2R及Ca2+等进行相关分析，可进一步明确神经信号传导相关因子在星形胶质细胞-神经元网络变化调控的机制。

采用MR及PET/CT等多种成像方法研究缺氧缺血性脑损伤后星形胶质细胞(AS)与神经元能量调节机制。酰胺质子转移（Amide Proton Transfer, APT）成像是基于化学交换饱和转移的一种分子MR成像方法，其APT值与与蛋白质浓度及pH呈正比。磁化传递成像是通过测量生物组织内大分子中的质子和自由水质子的磁化传递率 (Magnetization Transfer Ratio, MTR）即生物大分子完全或部分饱和所导致的信号百分比，与组织中的大分子（主要为髓鞘内的胆固醇、脂类）的含量有关。缺氧缺血（HI）后脑组织酸中毒，脑内pH的调节至关重要，对于脑内蛋白质的结构及酶的作用尤为明显，通过APT成像和波谱(MRS)成像研究新生猪HI模型基底节APT值和乳酸（Lactate, Lac）含量变化，结果显示，HI后，APT值以0-2h左右下降到最低值，随后逐渐回升；在约12-24h左右恢复至对照组水平，随后继续上升，最终48-72h高于对照组水平。MRS结果显示，HIBI后出即现Lac峰升高，峰值出现在2-6h内，随后Lac逐渐下降，逐步降低至与对照组水平相当。APT值出现峰值时间早于Lac峰值，提示组织内pH恢复早于Lac清除。APT值与Lac含量呈负相关，相关系数r=-0.79，提示APT成像能反映新生猪HI后脑内病理生理变化，为评估脑损伤提供了新的成像方法。AS和神经元之间存在着Lactate转运，AS和神经元之间通过单羧酸转运体（MCTs）转运和摄取Lac。通过18F-FDG 和1H-MRS在体检测新生猪HI后不同时间点基底节葡萄糖及Lac代谢变化，定量分析葡萄糖转运蛋白（GLUTs）及MCTs的表达，结果显示HI后，(BG/OC)先增高后下降，峰值出现在6-12 h，Lactate含量与(BG/OC)变化呈正相关(r = 0.74, P = 0.00)。GLUT-1、GLUT-3及MCT-2、MCT-4在HI后表达先上调后降低，均在12-24h达到高峰。缺氧缺血再灌注后神经元及胶质细胞的乳酸及葡萄糖转运体对能量代谢有协同效应。