本文作者：西湖大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院特聘副教授賈潔敏研究團(tuán)隊(duì)

浙江省西湖大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院

2024年5月31日,，浙江省西湖大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院特聘副教授賈潔敏研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際腦血流與代謝國(guó)際學(xué)會(huì)期刊Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism發(fā)表了題為"High-resolution vasomotion analysis reveals novel arteriole physiological features and progressive modulation of cerebral vascular networks by stroke"的論文,該研究針對(duì)當(dāng)前血管動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域內(nèi)血管運(yùn)動(dòng)量化方法稀缺的現(xiàn)狀，以雙光子活體血管顯微成像技術(shù)為主要研究工具,，提出了系統(tǒng)的血管動(dòng)力學(xué)綜合分析方法,。通過(guò)這項(xiàng)新方法，賈潔敏團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了腦血管兩側(cè)血管壁的不對(duì)稱運(yùn)動(dòng),，驗(yàn)證了各種麻醉劑對(duì)小鼠血管運(yùn)動(dòng)的影響,，確定了不同直徑等級(jí)的動(dòng)脈血管運(yùn)動(dòng)特征，計(jì)算了平滑肌細(xì)胞中鈣離子濃度增加導(dǎo)致動(dòng)脈收縮的具體延遲時(shí)間等,。此外,，團(tuán)隊(duì)成員還追蹤研究了中風(fēng)對(duì)動(dòng)脈血管運(yùn)動(dòng)的持續(xù)性打擊。賈潔敏團(tuán)隊(duì)的研究結(jié)果加深了對(duì)血管運(yùn)動(dòng)的理解,，對(duì)腦血管網(wǎng)絡(luò)和缺血性卒中特征的研究具有直接意義,。

自發(fā)血管運(yùn)動(dòng)（Spontaneous Vasomotion）表示血管平滑肌細(xì)胞節(jié)律性的自發(fā)收縮與舒張，會(huì)進(jìn)一步引起血管壁振動(dòng),，并影響血流量和組織的血液與營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)供應(yīng),。它是獨(dú)立于心臟跳動(dòng)、神經(jīng)支配或呼吸的血管壁張力的自發(fā)振蕩,。自發(fā)血管運(yùn)動(dòng)最早于1852年由Thomas在蝙蝠翅膀上被觀察到,，而自發(fā)腦血管運(yùn)動(dòng)（Spontaneous cerebral vasomotion）于1981年由Auer在貓腦膜動(dòng)脈上被觀察到，而對(duì)于自發(fā)血管運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的完整機(jī)制和生理重要性至今仍未明確闡明,。一方面是由于21世紀(jì)前高時(shí)空分辨率活體成像設(shè)備的缺乏,，自發(fā)血管的圖像信息難以準(zhǔn)確提取,；而近年來(lái)雙光子活體顯微成像技術(shù)的問(wèn)世克服了這一困難,，這項(xiàng)技術(shù)成功提取了高時(shí)空分辨率的血管圖像，但受限于沒(méi)有全面系統(tǒng)的自發(fā)血管運(yùn)動(dòng)的分析方法,，其研究?jī)H僅停留在淺層的血管運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象闡述,。

基于此,，生命科學(xué)學(xué)院的賈潔敏團(tuán)隊(duì)花費(fèi)了近2年的時(shí)間成功實(shí)現(xiàn)血管動(dòng)力學(xué)分析方法的從無(wú)到有，這項(xiàng)血管動(dòng)力學(xué)分析方法集成了多種算法,，包括血管直徑與半徑計(jì)算,、頻譜分析、基線平滑,、異常值檢測(cè),、動(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)劃,、滑動(dòng)交叉相關(guān)分析等,，從九個(gè)角度全面刻畫腦血管運(yùn)動(dòng)。這項(xiàng)新方法不僅描述了生理狀況下小鼠腦動(dòng)脈血管運(yùn)動(dòng)的基本特征,，還實(shí)時(shí)追蹤分析（0-14天）缺血性中風(fēng)條件下小鼠腦動(dòng)脈血管運(yùn)動(dòng),。

圖1. 血管動(dòng)力學(xué)分析方法流程圖

在此項(xiàng)研究中，賈潔敏團(tuán)隊(duì)首先從腦自發(fā)血管運(yùn)動(dòng)的運(yùn)行機(jī)制出發(fā),，驗(yàn)證了動(dòng)脈血管上平滑肌細(xì)胞內(nèi)的鈣離子振蕩是動(dòng)脈血管發(fā)生收縮舒張的基礎(chǔ),，在中風(fēng)前觀察到小鼠腦血管上的平滑肌細(xì)胞內(nèi)鈣離子的節(jié)律振蕩，在小鼠大腦中動(dòng)脈阻斷（Middle Cerebral Artery Occlusion）2h模型建立期間,，賈潔敏團(tuán)隊(duì)觀察到小鼠腦內(nèi)發(fā)生多次擴(kuò)散性去極化現(xiàn)象（Spreading depolarization）,，伴隨著平滑肌細(xì)胞內(nèi)鈣離子平衡嚴(yán)重失調(diào)，而后小鼠的腦血管自發(fā)運(yùn)動(dòng)隨著擴(kuò)散去極化現(xiàn)象的多次發(fā)生遭遇累計(jì)損害,，在小鼠大腦中動(dòng)脈阻斷2h后的再灌注期間,，平滑肌細(xì)胞內(nèi)的鈣振蕩和腦血管自發(fā)血管運(yùn)動(dòng)遭遇持續(xù)損傷，并在再灌注14后仍未得到恢復(fù),。

綜上,，通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)和縝密的數(shù)據(jù)分析方法，賈潔敏團(tuán)隊(duì)針對(duì)當(dāng)前血管動(dòng)力學(xué)領(lǐng)域內(nèi)血管運(yùn)動(dòng)量化方法稀缺的現(xiàn)狀,，提出了全面且系統(tǒng)的血管動(dòng)力學(xué)分析方法,，進(jìn)一步地，證明了腦動(dòng)脈血管自發(fā)運(yùn)動(dòng)在腦血流調(diào)節(jié)尤其是缺血性中風(fēng)后改善無(wú)血流現(xiàn)象存在極大價(jià)值,。這些研究結(jié)果為大家理解大腦血管動(dòng)力學(xué)機(jī)制提供了新的角度,，并為探索腦卒中的治療策略開(kāi)辟了一條嶄新的方向。

圖2. 缺血性中風(fēng)條件下小鼠腦動(dòng)脈血管運(yùn)動(dòng)特征的變化情況

文章中,，小鼠的活體腦血管顯微成像與血管平滑肌細(xì)胞GCaMP6s標(biāo)記的鈣信號(hào)成像均采用Evident雙光子顯微鏡FVMPE-RS進(jìn)行屏掃和線掃的圖像采集,。FVMPE-RS特殊的光路設(shè)計(jì)、大空間的龍門架機(jī)型以及深焦模式,，配合高時(shí)間和空間的成像分辨率,，非常適合于小鼠等活體動(dòng)物各個(gè)部位的深層成像，還可以搭配跑步機(jī)實(shí)現(xiàn)活體動(dòng)物的清醒成像,。FVMPE-RS性能簡(jiǎn)單易用,，是科研人員進(jìn)行活體成像研究的利器,。

圖3. Evident雙光子顯微鏡FVMPE-RS

而FV4000MPE作為EVIDENT 全新的第五代雙光子系統(tǒng)，繼續(xù)突破創(chuàng)新,。FV4000MPE采用了SiLVIR檢測(cè)器,，其成像速度、成像視野,、圖像動(dòng)態(tài)范圍以及信噪比等方面,，與FVMPE-RS相比都有了進(jìn)一步的提升。

圖4 FV4000MPE解決方案

西湖大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院特聘副教授賈潔敏為本文的通訊作者,，西湖大學(xué)2021級(jí)博士生張益溢,，助理研究員李金澤以及西湖大學(xué)2021級(jí)博士生謝蕙祺為本文共同第一作者。助理研究員李金澤與謝蕙祺博士在腦血管的雙光子數(shù)據(jù)圖像采集上均做出了重要貢獻(xiàn),，賈潔敏團(tuán)隊(duì)的其他成員都在課題開(kāi)展期間提出了寶貴的意見(jiàn)與建議,。西湖大學(xué)的辦學(xué)定位關(guān)鍵在于九個(gè)字——小而精、高起點(diǎn),、研究型,，其中研究型重點(diǎn)指學(xué)科交叉。這篇文章正是學(xué)科交叉的結(jié)晶,，西湖大學(xué)2021級(jí)博士生張益溢的碩士專業(yè)為光學(xué)工程,，正是因?yàn)樗诖T士期間學(xué)習(xí)掌握的光學(xué)成像知識(shí)以及夯實(shí)的算法基礎(chǔ)，幫助他在賈潔敏團(tuán)隊(duì)發(fā)光發(fā)熱,，使他與助理研究員李金澤的課題合作相得益彰,。張益溢與李金澤二人在學(xué)科交叉的火花中互幫互助，汲取精華,，最終在賈潔敏導(dǎo)師的悉心指導(dǎo)下收獲這一豐厚果實(shí),。