新生小鼠dMCAO再灌注血管损伤修复机制研究——小胶质细胞参与血管平滑肌丢失和修复的动态过程

Perinatal arterial ischemic stroke (PAS) occurs with an incidence of 1:5000. The mechanisms of brain damage and repair of preterm and in term infants likely dramatically different from that of adults due to their brains are in the stage of rapid development. Vascular smooth muscle cells (vSMC) play pivotal roles in regulating microcirculations and blood supply rearrangement according to demands under different tasks. But how vSMC is dynamically damaged under ischemia and what the underlying cellular mechanisms during ischemia are lacking. Our previous study has indicated that vSMC is injured and lost after ischemia in juvenile mice but not in the adults. Thus, we hypothesize that vSMC of the perinatal mouse (P3-5) is damaged and lost after distal middle cerebral occlusion (dMCAO) as well; Microglia participates in the damage and repair processes. Therefore this proposal will perform three aspects of experiments: 1) optimize the conditions for magnetic nanoparticle-mediated dMCAO. 2) establish a new perinatal dMCAO mediated by aggregating the magnetized blood cells. 3) investigate the contribution of microglia in the process of vSMC damage and repair in perinatal mice, by combining perinatal SIMPLE-induced dMCAO with a two-photon microscopy imaging double transgenic mouse (NG2DsRedBac::CX3CR1EGFP). This work will provide new insightful cellular mechanisms for brain injury and might provide new therapeutic cell targets for PAS.

每5000位围产儿有1个脑动脉梗阻中风案例，围产儿大脑在发育中，其脑损伤修复机制有别于成年人。血管平滑肌（vSMC）在运输和分配血液过程中至关重要，但它在脑缺血后受损动态过程及其细胞机制仍未知。我们前期研究表明幼鼠的vSMC在小动脉梗阻后会出现丢失和再生现象，故我们假设：小鼠乳鼠的大脑中动脉远端阻塞(dMCAO)后，脑内小动脉的vSMC也会受损丢失和再生，并且小胶质细胞参与此过程。本项目将：1）优化新生乳鼠由纳米磁珠介导dMCAO模型；2）创建由磁性血细胞介导dMCAO模型；3）利用SIMPLE技术结合NG2DsRedBac::CX3CR1EGFP双转基因小鼠和双光子活体颅内成像技术确定小胶质细胞是否在脑梗阻急性期吞噬受损vSMC和在恢复期促进vSMC的修复和再生；4）刻画dMCAO前后乳鼠的行为学差异。研究成果会提供新生小鼠中风脑细胞损伤修复的动态机制，为围产儿中风治疗提供理论依据。

人类一生中有两个中风高发期，分别是老年期和围产期，围产儿中风是指胎儿或出生4周内的婴儿罹患中风。其中，仅动脉栓塞引起的围产儿中风(Perinatal Arterial Ischemic Stroke, PAIS)发病率就高达 1/3000，它是70%的脑瘫患者的致病原因。随着核磁共振成像等诊断力度的提升，实际上PAIS的发病率比文献报道更高。但是，PAIS如何引起脑损伤的机制尚不清楚, 更鲜为人知的是PAIS导致出血转化并发症，但出血位点和细胞机制仍然未知。临床治疗PAIS和抑制出血转化缺乏有效手段。 因此，揭示PAS引发的患儿大脑神经血管损伤和修复机制，以及行为变化至关重要。 为了深入研究PAIS后脑内微小血管网络的损伤和修复机制，申请人前期工作初步建立了SIMPLE技术, 即通过聚集纳米磁珠介导幼年小鼠脑内小动脉堵塞，发现受损的vSMC引起附近细胞的趋向性迁移，并吞噬其自身，并且还发现7天后，丢失了vSMC的小动脉又重新被血管平滑肌覆盖。 因此年幼鼠小动脉vSMC对脑缺血的袭击非常敏感，因此vSMC可能是处于发育期的大脑发生脑缺血后引发出血转化的关键细胞之一。 本研究通过进一步优化原有SIMPLE技术和开发新型的控制磁化血液红细胞的聚散而在时空纬度上精准控制新生小鼠大脑中动脉梗阻和再通的新型技术，建立了贴切模拟围产儿多因以红细胞为主的红血栓而引发脑卒中的动物模型。经透射电镜和扫描电镜验证了新生乳鼠大脑中动脉成功被磁化的红细胞团块阻塞；经组织形态学研究，该新型技术成功诱导了神经元退行性死亡的脑动脉梗阻的典型病理特征，成功建立了新型红血栓脑梗阻动物模型。根据此新模型，本研究不仅首次成功再现人类围产儿脑梗阻后发生出血转化的现象，而且通过双光子颅内活体成像技术，本研究首次亦实况记录了脑出血转化的动态过程，脑出血转化的机理探究提供研究提供了系统性研究平台。本研究进一步发现抑制和消除脑部免疫细胞（小胶质细胞和边缘巨噬细胞）可以预防脑出血转化并发症，初探脑出血转化细胞机制，未来有望在基础之上进一步解析分子机制，为脑出血防治提供药物靶点。