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科學家發現星形膠質細胞增強神經血管耦合作用，促進局部血流量

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科學家發現星形膠質細胞增強神經血管耦合作用，促進局部血流量
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神經元活動需要血液供應氧氣和葡萄糖 ， 因此局部腦血流在數秒到數分鐘內迅速增加 ， 這種功能性充血對于大腦能量代謝至關重要 。 在注意力障礙、老年性癡呆、腦卒中等疾病中存在功能性充血障礙 。
星形膠質細胞鈣離子水平升高引起動脈擴張 ， 最終可引起功能性充血 。 離子通道型谷氨酸受體NMDAR是功能性充血的關鍵參與者：突觸產生NMDAR依賴性一氧化氮 ， 可快速引起血管舒張 。
科學家發現星形膠質細胞增強神經血管耦合作用，促進局部血流量
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2022年12月22日加拿大卡爾加里大學卡明醫學院GrantR.Gordon團隊揭示了星形膠質細胞鈣離子活性可促進局部腦血流 ， 為神經元活動提供能源 。
雙光子鈣成像實驗發現短暫的胡須感覺刺激下（5秒）下皮層血管迅速擴張 ， 而在持續胡須刺激（30秒）下皮層血管直徑在5秒內迅速增加 ， 隨后降低 ， 逐漸增加 ， 呈雙峰反應模式 ， 與此同時星形膠質細胞的分支和腳板區域鈣離子活性增強 。
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圖1：持續性感覺刺激引起功能性充血和星形膠質下撥鈣離子活性增加
研究人員進一步利用病毒載體工具抑制星形膠質細胞鈣離子活性并不影響短暫的胡須感覺刺激引起的功能性充血過程 ， 然而卻能夠明顯抑制持續胡須刺激引起的皮層功能性充血 。
圖2：抑制星形膠質細胞鈣離子活性減弱功能性充血
通過化學遺傳學方法在短暫的胡須感覺刺激下慢性激活星形膠質細胞鈣并不影響其功能行充血過程 ， 能夠明顯促進持續胡須刺激引起的功能性充血 ， 這些結果表明星形膠質細胞鈣離子活性在持續性感覺刺激引起的功能性充血過程中發揮關鍵作用 。
NMDAR拮抗劑并不影響短暫胡須刺激引起的星形膠質細胞鈣離子活性的增加 ， 也不影響血管擴張 ， 但明顯降低長期胡須刺激引起的星形膠質細胞鈣離子活性的增加 ， 同時功能性充血作用也減弱 。 盡管NMDAR拮抗劑能夠明顯抑制神經元活性 ， 但在持續性感覺刺激早期和后期階段神經元活性的抑制強度并沒有差異 ， 表明并不是由于神經元活性降低引起的星形膠質細胞鈣離子活性的降低 。
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圖3：NMDAR參與星形膠質細胞鈣離子依賴的功能性充血
已有研究表明星形膠質細胞產生的環-二十碳三烯酸調控功能性充血過程 。 環-二十碳三烯酸是花生四烯酸的代謝產物 ， 可激活血管平滑肌細胞上的鉀離子通道舒張血管 。 環氧化酶抑制劑并不影響短暫胡須刺激引起的功能性充血 ， 明顯阻斷在持續性感覺刺激引起的功能性充血 。
【科學家發現星形膠質細胞增強神經血管耦合作用，促進局部血流量】本文發現在皮層功能性充血過程中星形膠質細胞鈣離子活性增強 ， 抑制鈣離子活性后功能性充血功能減弱 ， 增強鈣離子活性后促進功能性充血 ， NMDAR介導了星形膠質細胞鈣離子依賴的功能性充血 。
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