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大脑血流代谢杂志。2013年4月；33(4): 479–482.
2013年2月6日在线发布。 数字对象标识：2013年9月10日038/jcbfm
预防性维修识别码：PMC3618402型
PMID：23385200

前列腺素E2一种假定的星形胶质细胞衍生的神经血管偶联剂，收缩而非扩张实质小动脉

Fabrice Dabertrand公司,1 瑞切尔·汉纳,1,三 杰西卡·皮尔逊,1 大卫·希尔·尤班克斯,1 约瑟夫·E·布雷登,1和马克·T·纳尔逊1,2,*
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摘要

有人提出前列腺素E2（第页2)通过激活前列腺素（EP），从星形细胞末端释放，扩张实质小动脉4)神经血管耦合过程中的受体。然而，PGE的直接影响2在分离的实质小动脉上尚未进行测试。在这里，我们检查了前列腺素E的影响2大鼠和小鼠脑分离的加压实质小动脉的直径。与普遍假设相反，我们发现PGE2（0.1、1和5 μmol/L）实质小动脉收缩而非扩张。PGE血管收缩2被EP抑制剂阻止1受体。这些结果强烈反对PGE的直接作用2神经-血管耦合过程中的小动脉上。

关键词：星形胶质细胞、脑实质小动脉、神经血管耦合、前列腺素E2

介绍

局部血流受神经元活动调节，以使脑组织代谢需求的变化与氧气和葡萄糖的供应相匹配，这一过程对维持脑内稳态和防止缺血性疾病的发展至关重要。神经元活动和脑血流量之间的这种联系被称为神经血管耦合或功能性充血，1快速（秒），发生在脑实质内的脑微循环水平。脑血流量的局部增加由实质小动脉的扩张介导，2与大脑表面动脉（软脑膜动脉）不同，它被星形细胞突起（“末梢”）包裹。1

最近的证据表明，有关神经元活动的信息通过包括胶质细胞界限的星形细胞过程传递给（1）表面小动脉，以及通过星形细胞钙升高传递给（2）实质小动脉2+以及随后Ca的参与2+-星形细胞终末的依赖性血管舒张通路。1,三双电位Ca2+-依赖性星形细胞末端足靶点尤其受到了相当大的研究关注：大电导，钙2+-敏感K+（BK）通道，传递K+进入受限的血管周围空间，通过激活强大的内向整流钾来扩张血管+频道，4,5,6和磷脂酶A2,三,7通过膜脂水解产生花生四烯酸。

前列腺素E2（PGE2)是由环氧合酶（COX）作用产生的花生四烯酸代谢产物，被认为是神经血管偶联的主要介质。8PGE的角色2在脑切片中，COX抑制剂对神经诱发血管舒张作用的研究在很大程度上推断出了神经血管耦合。8然而，一些研究发现，抑制COX对脑切片中的神经血管耦合没有影响，6和其他人将COX抑制减少功能性充血归因于对神经元中COX2的影响。9此外，COX是否在星形胶质细胞中表达也受到质疑。10

理论上，PGE2可作为血管舒张剂或收缩剂，这取决于G蛋白偶联的前列腺素（EP）受体家族成员的性质。G秒-耦合EP4受体通过与扩张相关的环磷酸腺苷依赖性蛋白激酶（PKA）途径发出信号。鉴于EP1亚型被认为与G耦合q个-类型α亚单位并介导细胞内钙的增加2+与收缩作用一致。欧洲药典三是一种具有混杂G蛋白偶联倾向的亚型，也与细胞内钙的升高有关2+因此可能介导对PGE的收缩反应2.

PGE潜在参与的关键测试2在神经血管耦合中，PGE2直接扩张孤立的实质小动脉。目前缺乏这一证据。相反，外部K+也被认为是神经血管耦合的介质，已被证明是一种有效、快速、可逆的实质小动脉扩张剂。4,5,6在这里，我们测试了前列腺素E的作用2大鼠和小鼠脑分离的加压实质小动脉的直径。与预期相反，我们发现PGE2实质小动脉收缩而非扩张。

材料和方法

动物

本研究中使用的所有实验方案均符合佛蒙特大学动物护理和使用委员会批准的机构指南。使用雄性C57BL6小鼠和雄性Sprague-Dawley大鼠。通过腹腔注射戊巴比妥钠（小鼠：100 毫克/千克；大鼠：150 mg/kg），然后快速断头。

加压实质动脉

安乐死后，将大脑取出，放入4°C的含吗啡缓冲液中。解剖了来自大脑中动脉M1区并灌注新皮质的实质小动脉。然后在玻璃微移液管上对毛细血管前小动脉段进行插管，一端封闭在器官室中（佛蒙特大学仪器和模型设施），并使用动脉造影系统（美国弗吉尼亚州伯灵顿市Living Systems Instrumentation公司）加压。实质小动脉受压至40 毫米 汞和过量熔炼（4 mL/min），预热（35°C至37°C），充气（5%CO2，20%O2，75%N2)人工脑脊液（aCSF）至少1次 小时。在随后的实验中，只使用了可存活的实质性小动脉，即压力诱导肌张力大于20%的小动脉(补充图1A). 平均音调百分比为36.6±3.4%(n个=20）和38.1±2.3%(n个=23）分别在大鼠和小鼠的实质小动脉中。通过评估血管扩张剂对NS309的反应来测试内皮功能（1 μmol/L），内皮小（SK）和中间（IK）电导钙的激活剂2+-激活的K+频道。药物是通过添加到超滤液中来使用的。使用CCD摄像机和边缘检测软件（美国马萨诸塞州米尔顿市IonOptix）连续监测血管内径。名义上Ca的膨胀最大2+-释放aCSF（0 μ摩尔/升[钙2+]o个, 5 毫摩尔/升EGTA）。

解决

MOPS缓冲盐水的组成（mmol/L）为135 NaCl，5 KCl，1 KH2人事军官4，1 MgSO4，2.5氯化钙2, 5 𝒟-葡萄糖、3 MOPS、0.02 EDTA、2丙酮酸、牛血清白蛋白（10 mg/mL），4°C时pH值为7.3。aCSF的组成（以mmol/L计）为125 NaCl、3 KCl、26 NaHCO三，1.25 NaH2人事军官4，1氯化镁2, 4 𝒟-葡萄糖，2 CaCl2; 当用5%CO充气时，pH值为7.32.

药物

PGE储备溶液2(10 mmol/L二甲基亚砜），每天从粉末中制备，或在−20°C下储存<1个月，并根据供应商的建议进行避光保护。实验期间，PGE2在aCSF中溶解或从二甲基亚砜储备溶液中稀释后立即过量使用，以防止PGA2PGE形成2脱水。

前列腺素E2从不同的供应商处购买（美国纽约州法明代尔的Enzo Life Sciences；美国密苏里州圣路易斯的Sigma-Aldrich；以及美国密苏达州埃利斯维尔的Tocris Bioscience）。对PGE的反应无显著差异2来自不同厂商的软组织小动脉直径记录实验。前列环素（PGI2)从恩佐生命科学公司购买。ZM241385和SC51322购自Tocris Bioscience。AH6809和腺苷购自Sigma-Aldrich。

数据分析与统计

小动脉直径变化以基线变化百分比（直径/初始直径变化）计算。数据以平均值±SEM表示。使用Student’s吨-测试。统计显著性测试为95%(P（P）<0.05）置信水平。

结果

前列腺素E2收缩受压的实质性动脉

尽管PGE2星形胶质细胞释放的PGE被认为是神经血管耦合的主要介质2实际上，还没有实验确定实质小动脉的扩张。为了直接测试这一点，我们评估了不同浓度PGE的影响2血管内压力升高至生理水平（40 毫米 汞）。令人惊讶的是，PGE并没有引起扩张2大鼠脑实质小动脉收缩(图1A和1B)和鼠标(图1C至1E)以集中相关的方式。前列腺素E2(1 μmol/L）使大鼠和小鼠实质小动脉收缩18.6±3%(n个=11）和16.5±2%(n个=21）。

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(A类–D类)大鼠和小鼠实质小动脉（PA）对前列腺素E的收缩反应2（第页2). (A类)压力（40）的内径记录 毫米 汞）灌注前列腺素E期间大鼠实质小动脉2（0.1、1和5 μmol/L），非累积添加。(B类)显示管腔直径变化的汇总数据（平均值±SEM），以相对于基线直径的百分比表示；实验次数用括号表示(**P（P）<0.01，NS表示无显著性）。(C)加压（40）内径记录 毫米 Hg）灌注PGE期间的小鼠实质小动脉2(1 μmol/L），有或没有EP受体抑制剂。上部记录道：非选择性EP1、EP2和EP三受体拮抗剂AH6809（10 μ摩尔/升）。底部轨迹：选择性EP1拮抗剂SC51322（1 μ摩尔/升）。EP的非选择性抑制1–3EP的受体和特异性抑制1完全预防PGE2-诱导小鼠实质小动脉血管收缩。腺苷（10 μ摩尔/升；顶部记录道）和NS309（1 μmol/L；底线）作为阳性对照。(D类)显示管腔直径变化的汇总数据（平均值±SEM）；实验次数用括号表示(**P（P）<0.01, ***P（P）<0.001). (电子,F类)前列环素（PGI2)扩张小鼠实质小动脉。(电子)加压（40）内径的典型记录 毫米 汞）灌注前列腺素I期间的实质小动脉2（1、3和10 μmol/L），非累积添加。(F类)显示腺苷加A和不加A引起的管腔直径变化的汇总数据（平均值±SEM）2安培受体拮抗剂ZM241385和PGI2; 实验次数用括号表示(*P（P）<0.05, **P（P）<0.01，NS表示无显著性）。

在小鼠中，前列腺素E诱导的血管收缩2(1 μmol/L）在腔内压力为20时显著升高 毫米 Hg，高于80 毫米 汞（25.8±2%对10.8±1%，n个=7,补充图1B和C). 用含5%CO气体的脑脊液过度融合小鼠实质小动脉2，10%O2，85%N2降低氧张力对收缩至1没有影响 μ摩尔/升PGE2.收缩以10%O测量2(17.1±2.6%,n个=7）与20%氧气中的上述值非常相似。因此，我们发现PGE2在一系列测试条件下，实质小动脉总是收缩。在相同的测试条件下，NS309，一种内皮SK和IK通道的合成激活剂，总是扩张实质小动脉(图1A和1C)，表明其扩张器容量不受所用测试条件的影响。

前列腺素E2-EP介导加压实质性小动脉收缩1受体

在新生猪和成年猪的研究中，PGE的评估2受体亚型以及前列腺素E的影响测量2在IP上三环磷酸腺苷的产生表明EP的主要表达1EP水平较低三在成人脑微血管中。11在小鼠实质小动脉中，我们发现PGE的血管收缩2(1 μmol/L）被前列腺素受体拮抗剂AH6809（10 μmol/L），不区分EP1、EP2和EP三受体(图1C和1D).12SC51322（1 μmol/L），一种选择性EP拮抗剂1受体，12完全抑制对PGE的收缩2(图1C和1D)，表示PGE2通过EP行事1收缩实质小动脉的受体。这与EP的可能耦合一致1G蛋白的受体q个类，通常介导对血管收缩激动剂的收缩反应。前列腺素E2在存在AH6809或SC51322的情况下，不会引起血管舒张。

血管舒张因子腺苷酸环化酶蛋白激酶途径在实质性小动脉中完好无损

建议PGE2，通过G起作用秒-耦合受体（例如EP4)，刺激腺苷酸环化酶PKA通路扩张实质小动脉。8为了证实腺苷酸环化酶-PKA途径在实质小动脉中起作用，我们测试了内源性药物腺苷和PGI的作用2已经证明，它可以通过这种机制放松平滑肌。腺苷和前列环素均可引起实质小动脉快速可逆扩张(图1C). 用腺苷A预孵育可防止血管舒张为腺苷2安培受体拮抗剂ZM241385(图1D).

前列腺素E2收缩受压的小鼠软脑膜动脉

以前的研究已经调查了前列腺素E的影响2在不同物种的离体脑动脉中(补充表1)其中大多数表现为血管收缩。豚鼠、狗、猪和狒狒的动脉因前列腺素E而收缩2而猫软脑膜动脉在低浓度时表现出微弱的松弛，在高浓度PGE时表现出收缩2使用大鼠、兔子和死后人类大脑动脉进行的研究得出了截然不同的结论(补充表1). PGE测试中2（0.1和1 μmol/L）在成年小鼠大脑中动脉和后动脉上，我们只观察到血管收缩(补充图1D和E).

讨论

许多研究表明，星形胶质细胞衍生的PGE2导致功能性充血。8根据该模型，PGE2，通过Ca生成2+-星形细胞终末COX1对磷脂酶A的依赖机制2-衍生的花生四烯酸从星形胶质细胞释放出来，激活血管平滑肌细胞上的受体，可能是G秒-耦合EP4受体，促进小动脉扩张。这一机制的大部分证据来自基于抑制剂的研究，该研究使用了脑片制剂，其中钙2+通过应用代谢型谷氨酸受体激动剂直接或间接通过电场刺激神经元诱导星形胶质细胞升高，然后测量COX抑制剂对小动脉扩张的影响。这些研究产生了好坏参半的结果。6,7

已经提出了几种神经血管偶联剂，包括前列腺素、环氧肉桂酸、腺苷、氧、一氧化氮、H+、和K+.1,8虽然功能性充血的机制在大脑不同区域之间可能有很大差异，但假设的“神经递质”必须满足的一个绝对标准是，如果要将神经元激活与血管扩张结合起来，则必须证明其具有扩张孤立小动脉的能力。腺苷、前列环素和外H+和K+4,5,13是有效的血管扩张剂，当直接作用于分离的小动脉时，可诱导快速扩张，因此满足这一要求。前列腺素E2没有。虽然极有可能在PGE作用下，残余足端膜释放出未知的血管收缩剂2不能正式排除，我们认为这极不可能，因为缺乏末端足的软脑膜动脉也会收缩至PGE2(补充图1D和E)在EP存在的情况下，未观察到实质小动脉扩张1拦截器(图1). 因此，我们的结果清楚地表明，PGE2不会扩张脑实质小动脉(图1)对神经血管耦合至关重要，但通过激活EP导致血管收缩1受体。

外源性应用前列腺素E的效果解释2脑切片小动脉直径或体内对神经元和星形胶质细胞的间接影响可能使其复杂化。我们的观察结果与有关脑动脉血管收缩的研究一致体内14,15减少脑血流量16,17针对PGE2然而，PGE的应用2已经证明可以扩张脑动脉18,19和实质小动脉体内,三新生儿脑切片。7后一个发现可以通过观察EP来解释2和EP4介导血管舒张途径的受体主要在生命的早期阶段表达。11,20,21在成年动物中，研究表明，支配软脑膜动脉的三叉神经细胞释放血管松弛剂降钙素基因相关肽以响应前列腺素E2.22,23根据实验条件，血管周围神经可能起作用，也可能不起作用，这可能是两者差异的原因在体外(补充表1)和体内上述研究。还应记住，其他研究表明COX2和PGE的作用2调节神经元的突触信号。24,25因为星形胶质细胞是通过突触释放谷氨酸来招募的，1抑制这种机制会降低神经血管耦合效率，这一结果可能被误认为是前列腺素E直接神经血管耦合功能的证据2该假设与COX2对功能性充血的作用一致9尽管COX2在星形胶质细胞中没有表达。10此外，消融Cox1公司小鼠的基因不影响功能性充血，26排除这种亚型对PGE的贡献2在这种情况下的生产。因此，而不是为PGE的角色提供证据2作为一种星形胶质细胞衍生剂，PGE的作用2或脑切片中的COX抑制剂或体内三,7可能揭示了它们在神经元和突触传递中的作用。9,27事实上，脑小动脉EP的激活可能1受体和随后的血管收缩可能导致前列腺素E的神经毒性2.27

总之，我们的结果提供了强有力的证据，证明PGE2不直接参与神经-血管耦合，并强调需要在其目标小动脉上直接测试假定的神经-血管耦合递质。

致谢

作者感谢Anne Joutel博士对手稿的深刻评论。

笔记

作者声明没有利益冲突。

脚注

补充信息随附《脑血流与代谢杂志》网站上的论文(网址：http://www.nature.com/jcbfm)

这项工作得到了美国国立卫生研究院拨款T32HL007647、T32HL0067944、R37DK053832、RO1HL4455、RO1WL58231和PO1HL095488的支持，该基金会是跨大西洋脑小血管疾病发病机制卓越网络基金会，托特曼医学研究信托基金会，以及美国心脏协会（09POST2290090）授予Fabrice Dabertrand的博士后奖学金。

补充材料

补充图1

补充信息

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