TRPV4通道刺激钙^{2 +}-诱导Ca²⁺星形胶质细胞终末的释放和增强神经血管耦合反应

基础和活动依赖性脑血流变化由关键过程的作用协调，包括脑自动调节、内皮介导信号和神经血管耦合。我们研究的目的是确定星形胶质细胞是否有助于调节实质小动脉（PA）张力，以响应血流动力学刺激（压力/流量）。使用灌流/加压PA的体外大鼠/小鼠脑片模型测量皮层PA血管反应和星形细胞Ca2ϩ动力学；研究补充了体内星形胶质细胞Ca2ϩ成像。在体外，星形胶质细胞对PA流量/压力的反应随着细胞内Ca2ϩ的增加而增加。体内证实了星形胶质细胞Ca2ϩ反应，其中急性系统性苯肾上腺素诱导的血压升高引起星形胶质细胞的Ca2✑显著增加。在体外，当星形细胞合胞体负载BAPTA（螯合细胞内Ca2ϩ）时，血流/压力诱发的血管收缩减弱，当向星形细胞合细胞引入高Ca2✑或ATP时，血管收缩增强。浴敷TRPV4通道阻滞剂HC067047或嘌呤能受体拮抗剂苏拉明均能阻断血流/压力诱发的血管收缩，而Kϩ和20-HETE信号阻断剂则无效果。重要的是，我们发现TRPV4通道的表达仅限于星形胶质细胞，而非PA的内皮细胞。我们为星形胶质细胞在PA流量/压力诱发血管收缩中的新作用提供了证据。我们的数据表明，星形细胞TRPV4通道是血流动力学刺激的关键分子传感器，嘌呤能神经胶质衍生信号有助于流量/压力诱导的PA音调调整。总之，我们的研究结果支持神经血管单位和星形胶质细胞内的双向信号传导是PA音调的关键调节剂。

神经元和星形胶质细胞活性增加会触发脑血流量增加，但对于刺激引起的星形胶质细胞活动变化是否迅速且广泛，足以有助于脑血流量控制存在争议。在这里，我们为成年小鼠体感皮层中的大部分皮层星形胶质细胞中快速起效且持续时间短的刺激诱发Ca2+升高提供了证据。我们对快速Ca2+信号的改进检测是由于对Ca2+活性的信号增强分析。在局部血管扩张之前，在星形胶质细胞体、突起和终足中发现快速刺激诱发的Ca2+增加。神经元和星形胶质细胞的快速Ca2+反应与突触活动相关，但只有星形胶质细胞反应与血流动力学变化相关。这些数据表明，大部分皮质星形胶质细胞具有短暂的Ca2+反应，在体内快速启动，足以启动血流动力学反应或影响突触活动。以及相关的星形胶质细胞，导致脑血流（CBF）波动（1-5）。星形胶质细胞是控制CBF活动依赖性增加的理想位置，因为它们与突触密切相关，并与终足接触血管（1,6）。星形细胞Ca2+反应是否经常或迅速发展到足以解释体内血管信号仍存在争议（7-10）。Ca 2+反应很有趣，因为细胞内Ca 2+是星形细胞通讯的关键信使，并且合成负责神经血管偶联的血管活性物质的酶是Ca 2+依赖的（1,4）。神经活动在突触处释放谷氨酸并激活星形胶质细胞上的代谢型谷氨酸受体，这种激活可以通过成像细胞内Ca2+的变化来监测（11）。据报道，星形胶质细胞的Ca 2+反应通常在缓慢（秒）的时间尺度上进化，这太慢了，无法解释CBF的活性依赖性增加（8,10,12,13）。此外，星形胶质细胞中Ca 2+的非激活通过特定的Ca 2+依赖途径触发脑片中的血管反应，并具有较长的时间过程（14，15）。最近，研究表明，刺激海马脑片中的单个突触前神经元可以在星形细胞过程中引起快速、短暂的局部Ca2+升高，这对成人大脑的局部突触功能至关重要（16,17）。这项工作促使我们重新研究体内快速、短暂的星形胶质细胞Ca2+信号的特征，特别是神经血管耦合，即神经活动的局部增加与伴随的局部血流增加之间的联系，这构成了功能性神经成像的生理学基础。在这里，我们描述了一种以前未描述的分析方法如何使我们能够为小鼠须筒皮层II/III层星形胶质细胞的主要部分对体感刺激的快速Ca2+反应提供证据。星形细胞Ca2+反应短暂。。。

在西奥·墨菲（Theo Murphy）会议上发表的题为《解释BOLD：认知与细胞神经科学之间的对话》（Interpreting BOLD:a dialogue between cognitive and cellular neuroscience）的15篇文章之一。使用血管信号绘制神经元活动变化图的脑成像技术，如血氧水平依赖性功能磁共振成像，依赖于神经生理学和血流动力学变化之间的时空耦合，称为“神经血管耦合（NVC）”。因此，通过脑血流动力学变化绘制的NVC反应，已经在生理条件下的不同刺激下得到验证。在大脑皮层，兴奋性锥体细胞和抑制性中间神经元组成的网络产生了神经活动的变化，并为一些传入通路识别了向血管单位发出信号的关键介质。通过胡须谷氨酸能、基底前脑胆碱能或蓝斑去甲肾上腺素能通路刺激招募的神经回路被发现具有高度特异性和辨别性，特别是在将两个调节系统与感觉反应进行比较时。然而，当大脑状态改变或处于疾病状态时，NVC是否仍然可靠，这在很大程度上尚不清楚。这种知识的缺乏令人惊讶，因为大脑成像技术广泛应用于人类，最终也应用于偏离大脑基本功能的情况。使用胡须-桶通路作为NVC的模型，我们可以在改变大脑状态的皮层回路的胆碱能或去甲肾上腺素能增强调制下，研究NVC的可靠性。本文是主题为“解释BOLD：认知与细胞神经科学之间的对话”的一部分。