Neuron文献解读：超分辨率超声ULM揭秘卒中治疗中的“无效再通”现象
2025-07-09 来源:本站 点击次数:219在缺血性卒中治疗里，即便成功实现血管再通，不少患者的临床恢复状况依然欠佳，这种“无效再通”现象的背后机制尚不明确。软脑膜侧支循环（LMCs）是大脑中的一个小血管网络，连接大脑中动脉、前动脉和后动脉（MCA、ACA 和 PCA）的分支， 其数量以及精确的解剖结构因个体而异。在卒中期间，当其他较大的血管为大脑的某个部分提供不足的血液供应时，软脑膜侧支血管允许有限的血液流动。以往的研究表明，LMCs可能在卒中后再灌注过程中起着一定作用。
2024年，苏黎世大学医院神经内科Susanne Wegener教授团队在Neuron（IF2023=14.7）上发表了题名为“Leptomeningeal collaterals regulate reperfusion in ischemic stroke and rescue the brain from futile recanalization”的文章。研究通过小鼠模型和卒中患者数据，揭示了LMCs在再灌注动态调节中的关键作用，为解决无效再通问题提供新的思路。
1、揭示LMCs调控再灌注的关键机制
研究首次阐明LMCs在卒中后血流恢复中的核心作用：丰富的LMCs能维持缺血区灌注，并在再通后实现渐进式再灌注，保护血管功能；而LMCs缺乏则导致快速高灌注，引发血管塌陷、出血转化和不良预后，为"无效再通"现象提供了全新解释。
2、创新性多尺度研究方法
研究整合超快超声（uUS）、超声定位显微镜（ULM）、激光散斑对比成像（LSCI）和双光子显微镜等技术，实现从皮层血流到单血管水平的动态监测；结合计算机血流模拟，定量分析不同LMCs密度下的血流重分配规律，为机制研究提供多维度证据。
3、重要临床转化价值
在卒中患者中发现，侧支循环差者取栓后早期静脉充盈与出血转化显著相关，验证了动物模型结论。这一发现提示LMCs评估可预测治疗风险，并为开发改善侧支功能或控制再灌注速度的新疗法奠定基础，推动个体化卒中治疗发展。
研究结果
研究通过脑透明化和光片显微技术，定量分析了三种小鼠品系（C57BL/6、Rabep2−/−和Balb-C）的软脑膜侧支循环（LMCs）的差异。
结果显示：C57BL/6小鼠LMCs最丰富（约10条/半球），Rabep2−/−小鼠因为基因缺陷减少至2-3条，而Balb-C小鼠几乎缺失。该发现为后续研究LMCs在卒中过程中的作用提供了关键动物模型基础，并证实Rabep2基因对侧支发育的重要性。
图1 Balb-C、C57BL/6和Rabep2−/−小鼠的LMCs数量、梗死体积和感觉运动功能量化
(A) Balb-C、C57BL/6和Rabep2−/−小鼠经iDISCO透明化和抗SMA-Cy3染色后的代表性全脑图像。黄色星号标示LMCs。比例尺：1毫米。
(B) 分水岭区域特写图像，黄色星号标示LMCs。比例尺：200微米。
(C) 三种品系小鼠每半球LMCs数量统计（每组n=5）。Balb-C和C57BL6的LMCs数量与Chalothorn等采用荧光血管造影的研究一致。Rabep2−/−小鼠LMCs数量中等到较少，∗∗∗p < 0.001（双尾Mann-Whitney U检验）。
(D) 三种品系小鼠第7天梗死体积柱状图，∗p < 0.05，∗∗∗p < 0.001（双尾Mann-Whitney U检验）。
(E-G) 卒中后1、3、7天生理盐水和rt-PA治疗组的神经功能评分和胶带移除测试结果。∗p < 0.05，∗∗p < 0.01（双尾Mann-Whitney U检验，n=10）。
溶栓诱导的MCA再通与LMC程度无关
研究采用凝血酶卒中模型，发现rt-PA溶栓后大脑中动脉（MCA）-M2的再通率（约93-95%）在不同LMC水平的小鼠品系（C57BL/6、Rabep2−/−和Balb-C）间无显著差异。虽然LMCs数量从丰富（C57BL/6）到稀少（Balb-C）不等，但溶栓效果和血栓清除率保持稳定，表明早期血管再通主要取决于溶栓药物作用，与侧支循环丰富程度无关。
卒中预后与LMCs数量相关
研究发现LMCs数量与卒中预后直接相关：LMCs丰富的C57BL/6小鼠梗死体积最小（2.26mm³），神经功能缺损轻微；而LMCs稀少的Balb-C小鼠即使接受rt-PA治疗，梗死仍达8.22mm³。虽然溶栓对三组均有保护作用，但LMCs丰富的品系始终表现最优，证实侧支循环是独立于溶栓之外的关键保护因素。这为"无效再通"现象提供了重要解释——侧支不足者即使血管再通仍预后不良。
LMCs在卒中发生及再灌注过程中被募集
研究发现，中风发生时LMCs会迅速扩张，将血流从大脑前动脉（ACA）区域引向MCA缺血区，改善供血；再灌注后血管恢复原状。即使在Rabep2基因缺失小鼠（LMCs极少）中，这一代偿机制仍存在。
LMCs在中风急性期被主动招募，通过侧支循环代偿缺血区血流，但其作用随血管再通而终止，揭示了LMCs对中风血流动力学调节的关键角色。
图2 C57BL/6小鼠卒中前后LMCs的双光子成像
(B) C57BL/6小鼠颅窗图像（选择该品系因其LMCs丰富）。箭头指示MCA分支和LMCs。
(C) 双光子采集图像：血浆用FITC-葡聚糖（绿色）标记，动脉壁用Alexa Fluor 633酰肼（红色）染色以区分动静脉。
(D) 左：C57BL/6小鼠LMCs对卒中的响应图像；中：通过横向线扫描（左图蓝线）生成的LMCs直径变化时空图；右：沿血流方向线扫描（左图红线）生成的基线/卒中后侧支血流红细胞运动时空图（暗条纹为红细胞，灰条纹为荧光标记的LMCs管腔）。
(E) C57BL/6小鼠LMCs直径、红细胞速度和流量在基线（0）、卒中后30和120分钟的变化，∗∗p < 0.01，∗∗∗p < 0.001（双尾t检验，n=5）。
LMCs的数量影响血流代偿的程度
研究通过模拟不同LMCs数量的微血管网络发现，LMCs数量直接影响缺血区的血流代偿。100% LMC时，MCA侧DA根部血流比无侧支时高714%，毛细血管血流增幅（48%）也显著高于50% LMC（17%）。即使远离侧支500 μm，血流仍保持较高水平，表明LMCs的数量和分布对中风后血流重新分配至关重要，侧支丰富时的代偿效果更显著。
(B) 源自2只C57BL/6和2只Balb-C小鼠的四种SA网络。绿色/蓝色分别代表ACA/MCA区域SA，50%/100% LMC配置的LMCs用橙色/红色标示。灰色区域标示距LMCs起止点<250微米（浅灰）或250-500微米（深灰）范围。wsl：分水岭线。
(C) 100%和50% LMC配置相对于0% LMC的MCA/ACA侧DA根部积分血流相对变化（四套MVN的平均值）。按距LMCs起止点距离（<250微米、250-500微米、≥500微米）分组显示。
(D) C57BL/6I中100%与0% LMC配置的单个DA根部血流相对变化。
(E) 毛细血管血流中位数相对变化（展示方式同C）。
LMCs影响再灌注期间血流恢复的动态
通过激光散斑对比成像（LSCI）和超快超声成像（uUS）技术揭示了LMCs对卒中后溶栓再灌注的影响。
侧支丰富的C57BL/6小鼠远端MCA区（M4/M5）血流恢复缓慢（仅50%基线），但功能结局良好，提示LMCs可能优先改善近端灌注（uUS证实M3区恢复100%以上）。而侧支贫乏的Balb-C和Rabep2−/−小鼠虽远端灌注较高（60%基线），但近端M3区出现过度灌注（达基线140%左右），且再灌注速度更快（66-84分钟恢复vs. C57BL/6的98分钟）。
这表明LMCs通过调节血流分配减轻缺血损伤：侧支丰富时血流更均衡但恢复慢，侧支不足时近端代偿性过度灌注可能加剧下游血流波动。这一发现为不同侧支状态患者的溶栓疗效差异提供了机制解释。
(B) 代表性LSCI图像显示Balb-C、C57BL/6和Rabep2−/−小鼠rt-PA（上两排）与假手术（下两排）组卒中诱导（上排）和治疗（下排）2小时后的皮质灌注。箭头指示MCA分支灌注状态。
(C-D) rt-PA治疗组（n=10/组）MCA-M4/M5区（C）和分水岭区（D）LSCI记录与基线比较，∗/#p < 0.05（双尾Mann-Whitney U检验）。
(B) Balb-C、Rabep2−/−和C57BL/6小鼠基线、卒中即刻、rt-PA开始后30和90分钟的2D ULM代表性图像（颜色按底部色标表示流速mm/s）。
(C-D) rt-PA治疗组Balb-C（n=8）、Rabep2−/−（n=10）和C57BL/6（n=9）的MCA-M3区（C）和分水岭区（D）4D超灵敏多普勒分析，∗/#p < 0.05（双尾Mann-Whitney U检验）。
侧支贫乏小鼠的快速再灌注与充血反应与远端MCA分支血管张力丧失相关
研究发现，侧支贫乏小鼠（Balb-C/Rabep2−/−）溶栓后远端MCA分支（M5段）出现血管收缩（直径缩小）和血流调节功能丧失（CO₂反应性减弱至111%-113%），导致快速再灌注伴随异常充血。而侧支丰富的C57BL/6小鼠血管张力保持正常（直径稳定，CO₂反应性141.5%），血流恢复更平缓。这表明侧支不足时，远端血管代偿失调可能加剧灌注异常，而丰富侧支可维持血管稳态，保护血流调节能力。
(B) Balb-C、C57BL/6和Rabep2−/−小鼠卒中前后远端MCA分支（白色箭头）代表性图像。底部：动脉直径变化的代表性时空图。
(C) 每组n=5小鼠卒中后（15-30分钟）和溶栓后（60-90分钟）红细胞速度及远端MCA直径相对于基线的变化百分比，∗p < 0.05，∗∗∗p > 0.001（双尾t检验）。
(D) 高碳酸血症实验示意图（上）及LSCI对软膜血管和MCA-M5感兴趣区（ROI）的观测示意图（下）。
(E-F) 基线（E）和溶栓后30分钟（F）高碳酸血症期间CBF变化（小提琴图示CO2开始后15分钟内最大CBF增幅）。Balb-C（n=7）、C57BL/6（n=8）、Rabep2−/−（n=8），双尾Mann-Whitney U检验。
侧支贫乏小鼠的快速充血与脑出血及不良功能预后相关
研究发现，侧支贫乏小鼠（如Balb-C）溶栓后出现快速高强度的再灌注（MCA-M4/M5区2小时内血流陡升），40%因此死亡，且全部发生脑出血（ICH）；而侧支丰富的C57BL/6小鼠无此现象。再灌注速度与ICH风险直接相关：血流恢复越剧烈，死亡率越高。这表明侧支循环状态决定再灌注损伤风险——侧支不足时，血流突然恢复可能导致血管破裂，而丰富侧支可缓冲再灌注冲击，保护脑组织。
(C) rt-PA治疗组死亡与存活动物的亚组LSCI分析，∗p < 0.05，∗∗p < 0.01，∗∗∗p < 0.001（双尾Mann-Whitney U检验）。
(D-F) 颅内出血（ICH）评估：
(D) rt-PA治疗组ICH总体发生率及第7天代表性TTC图像；
(E) 出血量化（黄箭头），出血评分包含显微和宏观评估，∗∗p < 0.01，∗∗∗p < 0.001（双尾t检验）；
(F) rt-PA治疗组发生ICH与未发生ICH小鼠的LSCI亚组分析，∗p < 0.05，∗∗p < 0.01，∗∗∗p < 0.001（双尾Mann-Whitney U检验）。
卒中患者取栓后早期静脉充盈提示不良预后
临床研究证实，取栓后DSA显示的早期静脉充盈（反映快速再灌注）与不良预后显著相关。在33例成功再通的MCA闭塞患者中，早期静脉充盈组（23例）具有以下特征：
1、侧支循环更差（p=0.002），印证小鼠模型中侧支贫乏导致血流代偿失衡；
2、出血转化率高（47.8% vs. 0%，p=0.007），提示快速再灌注损伤血管完整性；
3、神经功能恢复更差（3个月NIHSS更高，p=0.041）。
统计分析显示，早期静脉充盈与出血转化强相关（ρ=0.466），而良好的侧支循环（非早期静脉充盈）与较好预后相关。该结果将动物实验发现转化为临床证据，表明侧支状态通过调节再灌注速度影响治疗安全性，为个体化卒中治疗评估提供了影像学生物标志物。
(B) 两例MCA-M1远端闭塞患者取栓前CT灌注成像：Tmax图（Tmax>6秒对应缺血核心区）和CBF图显示相似灌注缺损范围/严重程度。左例取栓后无早期静脉充盈，右例有早期静脉充盈。
(C) 无（左）和有（右）早期静脉充盈患者的彩色编码MIP-DSA图像（白色箭头指示）。
(D) 取栓后1天MRI：扩散加权成像（DWI）显示原低灌注区内早期梗死扩展（白区），磁敏感加权成像（SWI）显示血沉积（右侧箭头）。早期静脉充盈患者DWI梗死更大且SWI可见出血转化。
(E) 患者特征。
(F-H) 入院时（F）、3个月后（G）NIHSS及3个月mRS评分的小提琴图（含个体值），∗p < 0.05（双尾Mann-Whitney U检验）。
研究总结
该研究首次揭示软脑膜侧支循环（LMCs）在缺血性卒中再灌注中的关键调控作用，发现丰富的LMCs能维持缺血区血流并实现渐进式再灌注，而LMCs缺乏则导致有害的高灌注和出血转化。
通过整合超快超声、超声定位显微镜、激光散斑成像和双光子显微镜等创新性多模态成像技术和计算机模拟，研究阐明了"无效再通"的机制，证实LMCs评估可预测治疗风险。这一发现为开发靶向侧支循环的个体化卒中治疗策略提供了重要理论基础，具有重大临床转化价值。
参考文献
Binder NF, El Amki M, Glück C, et al. Leptomeningeal collaterals regulate reperfusion in ischemic stroke and rescue the brain from futile recanalization. Neuron. 2024 May 1;112(9):1456-1472.e6. doi: 10.1016/j.neuron.2024.01.031.
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