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髓鞘受损,麻醉进程因脑区而异

CNS neuroscience & therapeutics · 2024-08-01

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CNS neuroscience & therapeutics · 研究前沿

髓鞘受损,麻醉进程因脑区而异

雄鼠研究比较不同脑区的髓鞘变化:外侧缰核受损后恢复更快,丘脑室旁核受损后进入麻醉更快,背侧中缝核的受测时间基本相近。

AI 概念插画:轴突、分段髓鞘与神经信号,不是实际显微图或实验数据

研究麻醉时,人们常追踪哪些神经元被激活、哪些线路参与恢复。但包裹轴突的髓鞘,也会影响神经信号怎样传递。2024 年发表于 CNS Neuroscience & Therapeutics 的研究,把这层结构放到异氟烷麻醉中观察:全脑较广泛的髓鞘损伤使小鼠恢复变慢,局部损伤却得到不同方向的结果。髓鞘所在的位置,以及它所支持的细胞活动,让同一种结构变化产生了不同的行为后果。

关键发现

髓鞘变化对异氟烷进入与恢复的影响具有脑区差异,并伴随群体神经活动减弱;外侧缰核和丘脑室旁核的激活效应,在髓鞘受损后被削弱。

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较广泛的损伤,恢复变慢

髓鞘由少突胶质细胞形成,包裹轴突,支持快速、准确的信号传递,也为轴突提供保护与代谢支持。研究以髓鞘基本蛋白 MBP 的标记观察结构变化,在较广泛的脱髓鞘模型中,相关标记面积明显降低。

同样异氟烷条件下,这些小鼠失去翻正反射的时间与对照相近,停止麻醉后重新翻正却更晚。这里的翻正反射,指小鼠能否把身体重新翻回正常姿势。进入与恢复分别衡量状态变化的两端,不必总向同一个方向移动。变化主要落在恢复这一端。研究随后把范围缩小到不同脑区,观察整体效应背后是否存在不同分工。

原论文图 1较广泛脱髓鞘与翻正恢复
较广泛脱髓鞘与翻正恢复
原论文 Figure 1:MBP 标记降低,翻正反射恢复延迟,反射消失时间没有显著改变。
来源:Wang X et al. · CNS neuroscience & therapeutics · CC BY
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外侧缰核:恢复反而提前

外侧缰核 LHb 参与麻醉状态调节。这里髓鞘受损后,小鼠在主要受测条件下进入麻醉的时间基本相近,恢复时间却缩短。恢复阶段的脑电也出现频段分布变化,与行为方向相呼应。

如果改为减少 LHb 神经元,恢复同样提前,进入麻醉却变慢。两种干预在恢复上得到相似方向,在进入阶段又有区别。髓鞘结构变化与细胞减少,对同一脑区的影响并不完全重合。

原论文图 2LHb髓鞘与神经元变化的比较
LHb髓鞘与神经元变化的比较
原论文 Figure 2:LHb 脱髓鞘缩短恢复时间、进入时间基本相近;神经元减少则延迟进入并缩短恢复。
来源:Wang X et al. · CNS neuroscience & therapeutics · CC BY
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丘脑室旁核:更快进入麻醉

在丘脑室旁核 PVT,髓鞘受损后的主要变化是更快失去翻正反射,恢复时间则没有明显差别。麻醉前清醒时,脑电低频成分增加,部分较快频段降低;状态变化已经出现在药物作用之前。

同样减少 PVT 神经元,进入时间基本相近,恢复反而延后。另一个较低异氟烷条件中,PVT 脱髓鞘也会延长恢复。脑区、干预对象与受测麻醉条件,都会影响变化发生在哪个阶段。

原论文图 3PVT的进入、恢复与脑电变化
PVT的进入、恢复与脑电变化
原论文 Figure 3:主要受测条件中,PVT 脱髓鞘加快进入、恢复未显著改变;神经元减少则延长恢复。
来源:Wang X et al. · CNS neuroscience & therapeutics · CC BY
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背侧中缝核:结构改变未带来同样结果

背侧中缝核 DRN 包含多种神经元。这里的 MBP 标记同样降低,但主要和较低异氟烷条件下,进入与恢复时间都基本相近。脑电各受测频段的分布,也没有出现明显组间差别。

减少 DRN 神经元则得到不同结果:进入时间相近,恢复时间延长。这个脑区的细胞确实参与麻醉恢复,但在当前局部脱髓鞘条件下,行为时间没有随结构标记降低而明显改变。

原论文图 4DRN髓鞘变化与细胞减少的不同后果
DRN髓鞘变化与细胞减少的不同后果
原论文 Figure 4:DRN 脱髓鞘后的进入、恢复及受测脑电指标基本相近;神经元减少延迟恢复。
来源:Wang X et al. · CNS neuroscience & therapeutics · CC BY
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群体活动的变化,比行为更一致

三个脑区在髓鞘受损后,清醒状态下的细胞活动标记都减少。群体钙记录也显示,清醒时的信号波动和峰值较小。这种共同变化,并没有自动变成同方向的麻醉行为结果。

异氟烷作用期间,对照的钙信号明显降低,髓鞘受损组的变化幅度则更小。细胞群随状态转换而改变的能力减弱,为区域功能变化提供了活动层面的解释;它与恢复快慢之间的关系,还取决于该区域在网络中的作用。

原论文图 7不同脑区的群体钙动态
不同脑区的群体钙动态
原论文 Figure 7:LHb、PVT 和 DRN 脱髓鞘后,清醒钙信号及峰值较小,麻醉相关信号变化幅度减弱。
来源:Wang X et al. · CNS neuroscience & therapeutics · CC BY
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主动激活细胞,效应仍依赖所在环境

髓鞘较完整时,激活 LHb 神经元会延长恢复,激活 PVT 则使恢复更早。髓鞘受损后,这两种方向相反的激活效应都被削弱。DRN 在同一受测条件中,各组进入和恢复时间没有明显差别。

这让髓鞘的角色超出了静态包裹层:细胞被招募之后,能否形成原来的网络效应,也与周围结构有关。相同的激活,在不同的髓鞘状态下,并不必然留下相同的行为结果。

原论文图 8神经元激活与髓鞘状态的组合
神经元激活与髓鞘状态的组合
原论文 Figure 8:LHb 激活延后恢复、PVT 激活加快恢复,这些效应在脱髓鞘后减弱;DRN 各组受测时间基本相近。
来源:Wang X et al. · CNS neuroscience & therapeutics · CC BY
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麻醉网络也需要结构支持

这些结果来自成年雄鼠和异氟烷模型。局部髓鞘既可能包裹本地细胞的轴突,也可能属于经过该区域的外来轴突,所以它的变化不只对应一群细胞。研究将麻醉状态中的细胞活动,接到了支持信号传递的结构上。

广泛损伤与局部损伤产生不同效果,同样的活动减弱也可伴随不同时间变化。理解一个脑区怎样参与麻醉,因而既需要看细胞何时活跃,也需要看这些信号依靠怎样的结构在网络中传递。

论文信息

Wang X, Yi R, Liang X, Zhang N, Zhong F, Lu Y, Chen W, Yu T, Zhang L, Wang H, Zhou L.
Myelin modulates the process of isoflurane anesthesia through the regulation of neural activity
CNS neuroscience & therapeutics · 2024-08-01
DOI: 10.1111/cns.14922