丹麦哥本哈根大学头痛中心神经内科Sajedeh Eftekhari团队,在自然杂志子刊Scientific Reports在线发表题为“The impact of obesity-related raised intracranial pressure in rodents”的研究论文,这项研究首次揭示了饮食诱导的肥胖对临床相关颅内压ICP的影响。有助于增加肥胖对大脑健康影响的神经生物学理解。这种非创伤性高 ICP 模型提供了评估降 ICP 药物的潜在机制和功效的工具。研究中使用了埃德仪器ADInstruments的KAHA Science无线遥测设备,记录和分析了大鼠的颅内压力信号。
摘要:
在许多脑部疾病中观察到颅内压升高 (ICP)。肥胖与特发性高颅压 (IIH) 等疾病的 ICP 发病机制有关。我们研究了饮食诱导的肥胖 (DIO) 对 ICP 和临床相关后遗症的影响。给大鼠喂对照食物或高脂肪饮食。检查了随后增重长期 ICP、头痛行为、身体成分和视网膜结果。对视网膜组织学进行了事后分析,并对脉络丛和三叉神经节 (TG) 进行了分子分析。DIO 大鼠表现出升高55%的 ICP ,这与腹部脂肪百分比和非呼吸慢波增加相关,表明脑顺应性改变。同时,DIO 大鼠表现出特定的头部皮肤异常性疼痛,其与腹部脂肪百分比呈负相关。这种敏感性与 TG 中头痛标志物的表达增加有关。此外,DIO 大鼠体内视网膜神经纤维层厚度增加,与升高的 ICP 相关,随后出现神经视网膜变性的事后证明。这项研究首次证明 DIO 会导致 ICP 升高和随后的临床相关症状发展。这种非创伤性 ICP 升高的新模型可以扩展有关 ICP 升高的疾病(如 IIH)的知识。
前言:
在一系列脑病变中观察到颅内压 (ICP) 升高,例如创伤性脑损伤 (TBI)、缺血性卒中、脑积水和特发性高颅压 (IIH)。这些疾病与显著的发病率相关,并且是最使人衰弱、最昂贵的脑部疾病之一。目前,治疗 ICP 升高患者的药物疗法有限,因为控制正常脑脊液 (CSF) 产生、ICP 调节及其病理失调的机制仍未解决。水分子穿过脉络丛 (CP) 上皮细胞的分子途径尚未完全表征,但是水通道蛋白水通道 (AQP) 和水共转运蛋白作为 Na+-K+-2Cl-1 协同转运蛋白 (NKCC1) 的表征提高了我们对这个过程的理解。
健康成人的 ICP 正常范围约为 -2 至 5 mmHg,并受身体姿势、年龄和昼夜变化的影响。近年来,研究表明,肥胖也可能与 ICP 动态相关,由升高的体重指数 (BMI) 和 ICP 之间的关联所指示。作为支持,已证明 BMI、体脂百分比和脑脊液压力之间存在直接相关性。此外,肥胖是 IIH 发展的主要危险因素,IIH 是一种没有明确原因的 ICP 升高的代谢性疾病。该病主要影响女性,90% 的患者肥胖。IIH 具有显著的发病率,最常见的症状是慢性头痛、认知障碍和视乳头水肿引起的视力受损。视乳头水肿和视力丧失的严重程度与 IIH 患者 BMI 的增加有关。头痛还与其他升高的 ICP 疾病有关,例如 TBI 和脑积水。肥胖也与偏头痛有关,是慢性头痛的危险因素。
IIH 的性质及其非创伤性颅内压增高、慢性头痛和视力受损使 IIH 成为 ICP 升高的一个有吸引力的模型条件,可以提供有关病理学 ICP 动力学调节和失调的有价值的新知识。然而,对于非外伤性升高的 ICP 或 IIH,尚无合适的临床前模型。我们的小组使用 Zucker 大鼠(肥胖的遗传模型)开发了第一个模仿肥胖引起的 ICP 升高方面的啮齿动物模型。然而,肥胖率的上升表明,包括饮食因素在内的环境和行为因素是导致肥胖流行的主要原因,而不是罕见的基因变化。IIH 患者 92% 为女性,这表明女性可能在肥胖背景下的 ICP 升高中发挥作用。没有证据表明 IIH 是一种遗传疾病,因为这种疾病的来源可能是行为和环境。因此,我们在本研究中使用了 DIO 大鼠,它们与人类肥胖的常见形式有许多共同特征。目的是使用数字高分辨率和图像引导的光谱域光学相干断层扫描 (OCT), 探索 DIO 背景下女性性别、ICP 升高、头痛、视神经乳头 (ONH) 和神经视网膜的结构形态之间的关系。使用了一种新颖且经过验证的遥测系统来监控 ICP。为了了解 CP 和头痛相关区域三叉神经节 (TG) 的分子变化,进行了分子分析。
结果:
ICP记录:ICP 遥测设备被植入 DIO 和对照组大鼠, ICP 连续测量 30 天。
图1.DIO 升高雌性大鼠的 ICP
雌性 Sprague-Dawley 大鼠对照和高脂肪饮食组植入 ICP 传感器30天。(a) 14 天 ICP 监测期间的 ICP 压力曲线。(b) 第 0 天腹部脂肪百分比与 ICP 的散点图。(c) 第 0 天的 ICP 压力曲线。(d) 手术当天的平均 ICP。(e) 手术当天的压力频率直方图。(f) 第 3 天的 ICP 压力曲线。(g) 第 3 天的平均 ICP。(h) 第 3 天的压力频率直方图。(i) 第 7 天的 ICP 压力曲线。(j) 第 7 天的平均 ICP。(k) 第 7 天的压力频率直方图。(l) 第 15 天到第 30 天的 ICP 曲线。(m) ICP 记录最后 7 天的平均 ICP。(n) 手术后体重减轻和恢复。
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图2. DIO 改变 ICP 波形。对照组和 DIO 大鼠之间 ICP 波形的快速傅立叶变换分析。
TG 中的机械阈值、光敏性测试和表达
图3. DIO 诱发头部异常性疼痛。
雌性 Sprague-Dawley 对照组大鼠和 DIO 大鼠的外周和头部疼痛阈值。
ODP、OCT视网膜层标本和IOP的评估
图4. DIO 和非创伤性 ICP 升高会改变神经视网膜结构。
在 CP 的表达
图5.AQP1 和 NKCC1 在 CP 的表达。植入遥测传感器 30 天后,对照组和 HFD 雌性 Sprague-Dawley 大鼠 CP 处 NKCC1 和 AQP1 的表达。CP中NKCC1和AQP1 mRNA表达的倍数变化。
结论:
综上所述,这项研究首次揭示了 DIO 对具有临床相关症状发展的 ICP 的影响。这些发现有助于增加对肥胖对大脑健康的影响以及升高的 ICP 障碍(尤其是 IIH)的神经生物学的理解。这种非创伤性升高的 ICP 模型提供了可在未来用于评估潜在机制和潜在 ICP 降低剂以确定其功效的工具。
参考文献:
Westgate, C.S.J., Hagen, S.M., Israelsen, I.M.E. et al. The impact of obesity-related raised intracranial pressure in rodents. Sci Rep 12, 9102 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-13181-6