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科学家揭示大脑血管网络形成之谜

发布时间:2019-10-21 12:44:09

近日,中科院上海生科院神经所的研究人员通过运用多学科交叉手段,首次揭示了大脑发育过程中,局部脑血管中血流的降低和变异将引起血管内皮细胞的迁移,导致相应血管消失,从而提高脑血流效率的机制。相关研究成果日前在线发表于国际学术杂志《科学公共图书馆—生物学》。

据了解,脑血管网络是一个高度复杂、精细的三维网络。尽管大脑质量只占体重的2%,但通过这个血管网络,大脑接受了心脏总血流量的15%。然而,由于重视程度不足与技术手段的限制,目前学界对脑血管网络发育机制仍知之甚少。

神经所的杜久林研究组通过对活体斑马鱼中脑所有血管进行连续数天的三维成像和计算机辅助的定量分析,发现在发育过程中,尽管大量脑血管在不断形成,但脑血管三维网络结构却在不断简化;通过连续跟踪每根血管的生长及其所承载的血流速度,发现脑血管网络的简化是由处于局部复杂网络中的血管消失即血管修剪造成的;这一简化过程降低了血管与血管间血流速度的差异,避免了不稳定的双向血流,提高了整体脑血流速度,使动脉到静脉血流更为有效。

进一步研究发现,在修剪发生前,即将消失的血管上的血流速度和血流剪切力均低于相邻血管,而血流速度和剪切力的变化均高于相邻血管,并且在即将消失的血管上经常伴随不稳定的双向血流。这些结果显示,血流变化可能是血管修剪的诱因。在分子细胞水平上,该研究组进一步发现,局部血流的降低可以激活血管内皮细胞上Rac1分子的活性,从而引起血管内皮细胞的迁移,并终导致血管消失。

业内专家认为,该研究揭示了血管修剪在脑血管网络发育中的重要作用,并阐明了一种新颖的导致血管修剪的细胞机制,将可能引领对血管修剪的功能和机制上的深入研究。

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