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关键词：AD；脑部血流；钙通道；尼莫地平；Nature Neuroscience阿尔茨海默病(AD)是一种进行性的神经退行性疾病，其特征是认知功能逐渐下降，伴随大脑中β-淀粉样蛋白（Aβ）斑块的沉积和神经元损伤。近年来的研究表明，在AD早期，即使在神经元损伤之前，脑部血流（CBF）就已经出现下降，这种下降与认知功能的减退密切相关【1】。CBF的降低可能导致脑组织缺氧和营养供应不足，进而影响神经元的功能和生存。在AD的早期阶段，通过改善CBF可能有助于延缓疾病进展，保护认知功能。血管周细胞（pericytes）是包裹在脑毛细血管周围的特殊细胞，它们通过调节血管的收缩和舒张来控制CBF。在AD模型中，血管周细胞的异常收缩导致毛细血管血流阻力增加，CBF下降【2】。因此，探索调节血管周细胞收缩的机制，寻找有效改善CBF的策略，对于AD的治疗具有重要的理论和实践意义。基于此，Nils Korte 等研究学者在国际著名期刊 Nature Neuroscience 上发表题为 Inhibiting Ca2+ channels in Alzheimer’s disease model mice relaxes pericytes, improves cerebral blood flow and reduces immune cell stalling and hypoxia 的研究文章【3】。旨在探究AD模型小鼠中血管周细胞收缩的调控机制，并研究钙离子通道阻断剂尼莫地平（Nimodipine）对血管周细胞收缩和CBF的影响。通过活体双光子成像技术、激光多普勒流变测量和磁共振成像等先进技术，本研究揭示了L型电压门控钙通道（CaVs）在血管周细胞收缩中的关键作用，并发现尼莫地平能够通过阻断CaVs减轻血管周细胞的收缩，改善CBF，减少免疫细胞的停滞，并减轻脑组织缺氧。这些发现为AD的早期干预提供了新的潜在治疗策略，并为未来的临床研究和药物开发奠定了基础。![]()
（如需原文，请加微信healsana获取，备注20240918NN）1. L型钙通道（CaVs）和钙控氯通道TMEM16A调控血管周细胞张力：实验数据显示，内皮素-1（ET-1）这类Gq蛋白偶联受体激动剂能够通过释放肌浆网中的钙离子，增加血管周细胞的钙离子浓度，并导致血管收缩。使用尼莫地平阻断CaVs或使用10bm阻断TMEM16A可以显著减轻这种钙离子浓度的上升和血管周细胞的收缩。通过双光子成像技术对NG2-CreERT2-GCaMP5g小鼠的大脑皮层切片进行观察，我们发现ET-1增加了血管周细胞的钙离子浓度，并在血管周细胞体处引起毛细血管收缩。此外，尼莫地平预处理能够减少ET-1引起的平滑肌细胞钙离子浓度上升，这与CaV1.2和TMEM16A在血管壁细胞中的高表达一致。我们的研究模型展示了TMEM16A和CaVs如何控制血管周细胞的张力，这为开发针对AD早期阶段的治疗策略提供了新的见解。
2. CaVs在体内产生平滑肌细胞（SMCs）和肌源性张力：通过在活体内使用激光多普勒流量测量和双光子成像技术，我们观察到，向野生型小鼠注入BBB可透过的CaV阻断剂尼莫地平后，CBF显著且持久地增加了28%。这种增加与血管直径的增加一致，包括皮质动脉、穿透动脉和1至3级分支顺序的毛细血管。尼莫地平引起的毛细血管扩张在血管周细胞体附近最为显著，并随着距离的增加而减少，表明血管周细胞介导了尼莫地平引起的毛细血管扩张。此外，我们同时测量了CBF和血压（BP），发现尼莫地平初始时会导致平均血压下降，但随着自动调节机制的恢复，CBF上升至尼莫地平处理前水平的25%以上，表明尼莫地平引起的局部血管阻力下降大于其对全身血压的降低效应。我们的实验还证实了尼莫地平引起的血管壁细胞内钙离子浓度下降先于CBF的增加，并与血管舒张有关。因此，我们的研究结果表明，CaVs在SMCs和1至3级分支顺序的血管周细胞中赋予了肌源性张力，这为理解CaVs在体内调控血管张力的作用提供了直接证据。
图1. CaVs在体内对SMCs和血管周细胞的调控作用
3. CaVs增强AD小鼠毛细血管床周细胞的收缩：通过使用激光散斑成像技术，我们观察到AD小鼠的桶皮层毛细血管灌注显著减少。活体双光子成像显示，在与年龄匹配的野生型（WT）小鼠相比，成熟AD小鼠的1至3级毛细血管血管腔直径在血管周细胞体处狭窄了21%。经尼莫地平处理后，AD小鼠的毛细血管直径增加了9.6%，CBF提高了51%。此外，尼莫地平引起的血管扩张先于CBF的增加，并且与血管舒张有关。我们的数据显示，尼莫地平通过减少血管周细胞和SMCs的钙离子浓度来增加CBF，且这种效应独立于尼莫地平对其他细胞的影响。在1至3级分支顺序的血管周细胞中，AD小鼠的钙离子瞬变频率显著增加，而尼莫地平治疗可大幅恢复这些细胞的钙离子瞬变频率至WT水平，并减少瞬变幅度。此外，尽管在AD小鼠中>3级毛细血管的血管周细胞体和过程的钙离子瞬变频率升高，尼莫地平并没有调节这些细胞的钙离子瞬变频率，但确实减少了瞬变幅度。我们的研究结果证实，>3级血管周细胞能够响应缺血损伤而收缩，这可能在AD和缺血性脑皮质中具有重要意义，其中血管收缩剂如活性氧（ROS）的水平升高。总之，我们的研究结果表明，通过使用尼莫地平阻断CaVs，可以在AD小鼠中逆转早期CBF下降，为AD的早期干预提供了潜在的治疗策略。图2. 血管周细胞在AD中的收缩作用及其对CBF的影响图3. 中间和静脉端血管周细胞在AD小鼠中的增强收缩作用
4. 免疫细胞ROS提高AD小鼠的Ca2+水平，并降低CBF：研究人员通过活体双光子成像技术观察到，在外源性给予过氧化氢（H2O2）以产生氧化应激时，血管周细胞的钙离子浓度显著上升，钙通道阻断剂尼莫地平可以减轻此现象。此外，利用NOX2的阻断剂GSK2795039和临床批准的抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸（NAC）处理AD小鼠，可以显著增加CBF并降低血管周细胞和平滑肌细胞内的钙离子浓度。研究还发现，在AD小鼠中，与Aβ斑块相邻的小胶质细胞产生的ROS水平升高，而NAC预处理能够显著减少这种ROS的产生。此外，与WT小鼠相比，AD小鼠中小胶质细胞与血管周细胞之间的距离更近，这可能缩短了ROS扩散至血管并调节血管张力所需的距离。最后，通过活体成像技术，研究人员观察到AD小鼠小胶质细胞的累积像素监控（即小胶质细胞的活动）较WT小鼠显著减少，表明AD小鼠的小胶质细胞可能形态更不分支，与血管的交互作用减少。尽管小胶质细胞的监视活动减少，但AD小鼠的小胶质细胞/血管周围巨噬细胞体更接近血管，这可能影响血管周细胞的收缩。综上所述，这些发现揭示了在AD小鼠中免疫细胞与血管周细胞之间的相互作用，以及这种相互作用如何通过影响钙离子浓度来调节脑血流，为未来AD的潜在治疗策略提供了新的见解。图4. 免疫细胞ROS在AD小鼠中提高血管周细胞内钙离子浓度并减少脑血流在AD小鼠模型中，血管周细胞诱导的毛细血管腔狭窄会导致血流在血管周细胞体附近停滞，特别是在毛细血管的静脉端。通过活体双光子成像技术，研究人员观察到AD小鼠的毛细血管阻塞百分比从WT小鼠的0.47%增加到5.2%。这些阻塞主要发生在远离动脉端的毛细血管分支，即毛细血管的静脉端，这里的毛细血管直径最小，在AD中进一步减小。研究人员还发现，循环中的单核细胞和中性粒细胞被招募到AD大脑中，并在毛细血管中引起阻塞。这些细胞比红细胞伸展性差且体积较大，导致它们在毛细血管中推动血管壁，可能增强了它们与内皮细胞上的ICAM-1和VCAM-1粘附分子的相互作用。使用尼莫地平处理后，AD小鼠的毛细血管灌注大部分恢复，停滞的白细胞和红细胞数量减少到低于WT小鼠的水平。
这些发现表明，尼莫地平通过多种方式增加AD小鼠的CBF：一是逆转毛细血管直径的减少，从而维持较低的血液粘度；二是减少随后由白细胞和红细胞引起的毛细血管阻塞。这些结果揭示了尼莫地平可能通过改善血管周细胞功能和减轻炎症反应来提高AD小鼠的CBF，为AD的潜在治疗提供了新的见解。
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图5. CaV抑制剂减少AD小鼠血管周细胞引起的免疫细胞停滞
6. 尼莫地平改善AD小鼠的CBF并减少脑组织缺氧：在AD小鼠模型中，为期1.5个月的尼莫地平治疗显著改善了小鼠的CBF，增加了皮层血管系统的毛细血管直径，并减少了血液在毛细血管中的停滞现象。此外，尼莫地平还显著降低了与Aβ斑块相关的缺氧细胞数量，表明其可能对改善AD小鼠的脑部缺氧状况具有积极作用。尽管长期尼莫地平治疗并没有调节血管内皮细胞的粘附分子表达，也没有影响FITC-右旋糖酐的渗出，但这些发现表明尼莫地平通过降低血管周细胞内的钙离子浓度，增加毛细血管直径，减少血液停滞和缺氧细胞数量，从而可能在AD早期治疗中发挥保护作用。然而，随着AD的进展，特别是在老年AD小鼠中，尼莫地平对CBF的改善作用可能会减少，这可能与血管周细胞的加速丧失和血脑屏障破坏有关。
上述结果表明，尼莫地平通过降低血管周细胞内的钙离子浓度，增加毛细血管直径，减少血液停滞和缺氧细胞数量，从而在AD早期治疗中可能发挥保护作用。
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图6. 尼莫地平改善AD小鼠的脑血流并减少脑组织缺氧，逆转人类皮层组织中Aβ引起的血管周细胞收缩
7. 尼莫地平逆转人类皮质组织中Aβ引起的周细胞收缩：在人类大脑皮层组织中，尼莫地平能够逆转由可溶性Aβ寡聚体引起的血管周细胞收缩。具体来说，研究发现在人工脑脊液（aCSF）中单独孵育的活体人脑皮层组织，与血管周细胞体相比，其周围的毛细血管直径显著扩张。而当加入Aβ寡聚体时，靠近血管周细胞体的毛细血管显著收缩，但在血管周细胞体远处的毛细血管直径没有显著变化。然而，在持续存在尼莫地平的情况下加入Aβ寡聚体，血管周细胞体附近的毛细血管直径与对照组相比没有显著差异。这表明在人类活体大脑组织中，Aβ引起的血管周细胞收缩是由L型钙通道（可能是在人血管周细胞中表达的CaV1.2亚型）的激活驱动的。
因此，尼莫地平有望在AD患者中增加毛细血管直径并减少缺氧，正如在小鼠模型中观察到的那样。
本研究揭示了尼莫地平这类药物可能成为改善阿尔茨海默病（AD）早期脑血流减少的潜在治疗手段。通过在AD小鼠模型中使用尼莫地平，研究发现它能够显著增加毛细血管直径，减少血管周细胞收缩，改善脑血流，并减轻与AD相关的脑组织缺氧状况。此外，尼莫地平还能减少免疫细胞在毛细血管中的停滞，改善血液微循环。这些发现为AD的早期干预提供了新的治疗靶点，提示通过调节血管周细胞的功能，可能有助于延缓疾病进展，改善患者的认知功能。
科研启发：
本研究强调了血管周细胞在神经退行性疾病中的作用，并指出了L型钙通道（CaVs）和钙控氯通道TMEM16A作为治疗AD的新靶点。此外，研究还表明，通过降低血管周细胞内的钙离子浓度，可以减少血管周细胞的收缩，从而为开发新的药物提供了可能的分子机制。未来的研究可以进一步探索尼莫地平或其他CaVs阻断剂在临床上的应用，以及它们对AD病程的长期影响，为AD治疗提供更有效的策略。
【1】Asllani, I. et al. Multivariate and univariate analysis of continuous arterial spin labeling perfusion MRI in Alzheimer’s disease. J. Cereb. Blood Flow Metab. 28, 725–736 (2008).【2】Nortley, R. et al. Amyloid β oligomers constrict human capillaries in Alzheimer’s disease via signaling to pericytes. Science 365, eaav9518 (2019).【3】https://doi.org/10.1038/s41593-024-01753-w
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