首度探入海馬迴監測血氧濃度!低血氧導致阿茲海默症?

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海馬迴(hippocampus)是大腦負責辨識空間認知與記憶的構造,正常情況下,大腦活動時會透過神經血管耦合(neurovascular coupling)增加血液循環,並帶來所需的氧氣供給。常見的神經退化疾病阿茲海默症,即是因海馬迴缺氧受損導致的疾病,又因海馬迴位在新皮質下方(neocortex)下方不易觸及,因此現有研究對於海馬迴神經血管的作用機制仍所知不多。

英國薩塞克斯大學(University of Sussex)研究團隊執行全球首個紀錄海馬迴血氧濃度研究,證實號稱「大腦記憶中心」的海馬迴若缺氧受損,可能是阿茲海默症的前兆。相關成果發表於《Nature Communications》。

比較海馬迴與視覺皮層神經血管耦合程度

為了探測新皮質下的海馬迴血氧濃度,研究團隊移除小鼠腦部覆蓋海馬迴的新皮質,在海馬迴上方植入監測用的顱窗(cranial window),並透過雙光子造影(two-photon imaging)、雷射都卜勒流量計(laser doppler flowmetry)、血紅蛋白光譜(haemoglobin spectroscopy)技術,比較小鼠海馬迴背側 CA1 區域與視覺皮層(V1)神經血管耦合差異。

海馬迴血管擴張反應差造成低血氧濃度

結果顯示,海馬迴的血流量與氧氣濃度皆低於視覺皮層,當神經元活躍時視覺皮層的血管擴張(vasodilatory)、氧氣濃度大幅提升,相較之下海馬迴提升的幅度則低很多。再來,他們進一步證實,海馬迴中神經元產生血管擴張訊號的能力較視覺皮層中的神經元與星狀膠質細胞都低落。此外,海馬迴神經放電不同步,也導致其神經血管耦合程度低。

在基因表現層次,實驗指出海馬迴中與血管擴增功能相關的 mRNA 轉錄本較少。細胞型態方面,海馬迴血管外壁的周細胞(pericyte)也與視覺皮層的不同。

綜合而言,海馬迴因其血管網絡與細胞型態差異,導致神經血管耦合程度、血氧濃度較視覺皮層低,而低血氧使得腦部沒有足夠能量清理 β-amyloid 沈澱物,成為阿茲海默症等神經性疾病的成因。未來,他們也將持續探討海馬迴低供氧量的成因,以及在這種情形下增加血流量能否改善其功能,將有助於發展阿茲海默症早期預防的治療策略。

延伸閱讀:阿茲海默症治療大突破?小分子新藥抑制神經毒性蛋白改善患者認知功能

參考資料:
1. http://www.sussex.ac.uk/broadcast/read/55494
2. Nature Communications, 2021; https://www.nature.com/articles/s41467-021-23508-y

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