毛细血管前括约肌帮助维持大脑皮层血供

原创 郝芮 山中麻署

INTRODUCTION

毛细血管前括约肌是组织学上的重要结构，在局部代谢产物的影响下，它的收缩和舒张可以调节毛细血管的关闭和开放，进而调节毛细血管网的血流量。然而对于颅内血管结构中是否存在毛细血管前括约肌及其功能，一直存在争议。

目前认为，大动脉旁血管平滑肌细胞（SMC）和毛细血管周细胞 (pericyte) 能够通过调节血管舒缩参与神经血管偶联过程中脑血供的调节。本研究发现脑内毛细血管旁括约肌在实现全皮层毛细管床的平衡和充分灌注、维持穿支动脉 (penetrating arteriole, PA) 分支的血液供应、以及保护脆弱的脑组织免受高血压的机械冲击等方面起重要作用。

RESULTS

01 毛细血管前括约肌广泛存在于小鼠皮层穿支动脉近端分支点处

研究通过注射FITC-dextran 标记血管 (a图中绿色荧光)，使用双光子显微镜在NG2-dsRed（毛细血管周细胞）小鼠躯体感觉皮层观察到，PA 的近端分支处存在被NG2 高表达结构 (a图中红色荧光) 包围着的血管狭窄处，远端还经常伴随管腔的扩张 (扩张处被称为球茎 bulb) 。在离体的免疫荧光染色中，血管狭窄处有α-平滑肌肌动蛋白 (α-SMA) 表达，且与毛细血管周细胞表达的抗原存在一定差异。类似结构在PA 近端分支处广泛存在，在PA 初级分支或上游血压较高处更容易观察到。研究者认为血管狭窄处为毛细血管前括约肌 (a 中蓝色箭头，模式图见 e)。

02 毛细血管前括约肌能够调节皮层血流

随后，研究者记录了在异氟醚麻醉下、对NG2-dsRed小鼠触须垫进行电刺激时PA、毛细血管前括约肌、一级毛细血管等结构的直径变化 。在刺激后血管扩张及undershoot （刺激后20-30s）血管收缩阶段，毛细血管前括约肌处的直径变化大于PA 及一级毛细血管。根据泊肃叶定律计算该处血管阻力变化也大于PA 及一级毛细血管。同时，该研究测定了触须垫刺激前后小鼠皮层的红细胞流速。括约肌处的红细胞流速静息状态下高于球茎及一级毛细血管处，并在刺激后出现明显的增加，且与小鼠股动脉处测定的收缩及舒张期动脉血压波动有较好的相关性。结果提示毛细血管前括约肌能够在刺激后主动改变局部直径，调节红细胞流量，平衡不同皮质层的血供（氧供）分配。

除此之外，注射具有强烈平滑肌松弛作用的罂粟碱 后，括约肌处的直径增大，但仍小于一级毛细血管。离体脑片染色发现，常见的结构蛋白包裹毛细血管前括约肌限制了管腔狭窄处的扩张，进而帮助维持PA 到下游分支血管的血压梯度，可能是毛细血管前括约肌调节皮层血流的被动机制。

03 毛细血管前括约肌减少了进入毛细血管的压力

由于无法直接测量脑内微血管处的血压，研究者根据相关原理建立了计算模型，模拟了毛细血管前括约肌对下一级毛细血管内的压力、流量及红细胞比容的影响。根据计算结果，当毛细血管前括约肌存在时，PA 内的血压变化对一级毛细血管内血压的影响更小。

04 病理情况下毛细血管前括约肌动态变化

除生理状态外，文章还对病理情况下毛细血管前括约肌的作用进行了探究。皮层扩散抑制 (cortical spread depression, CSD) 由脑内离子失稳态引起，是一种缓慢的去极化波，与偏头痛，脑外伤和中风有关。CSD顺序反应为：血管收缩（I期），短暂的充血反应（II期），小动脉和毛细血管的长期血管收缩（III期）。研究通过在躯体感觉皮层后部显微注射0.5 mM乙酸钾诱发CSD，并测定了不同阶段各结构直径的变化。在I期血管收缩过程中，各结构直径的相对变化无明显差异。II期血管扩张过程中，毛细血管前括约肌直径的相对变化大于一级毛细血管和球茎处。III期持续收缩时，括约肌的收缩程度大于其他结构，该处血管阻力约增至基线时的2 倍。毛细血管前括约肌的持续收缩可能与CSD 后长期存在的血流量减少有一定关联。

CONCLUSION

本研究发现，脑内毛细血管旁括约肌主要存在于PA 近端分支点处，通过其瓶颈样的高阻力结构帮助减小该处毛细血管承受的动脉血压，限制血流以实现PA 各分支下毛细管床平衡和充分的灌注。在病理条件下，毛细血管前括约肌对上游血管收缩信号的反应变得不稳定，其过度收缩限制了下游毛细血管的灌注。抑制毛细血管前括约肌收缩在偏头痛及脑缺血的治疗中可能起到一定作用。

原始文献：

Grubb S, Cai C, Hald BO, Khennouf L, Murmu RP, Jensen AG, Fordsmann J, Zambach S, Lauritzen M. Precapillary sphincters maintain perfusion in the cerebral cortex. Nature communications. 2020 Jan 20;11(1):1-2.

作 者：

郝 芮

排 版：

邱 越

校 审：

方 芳

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缪长虹

原标题：《文献精读 | 毛细血管前括约肌帮助维持大脑皮层血供》

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