本研究由 Nils Korte1,5、Anna Barkaway、Jack Wells 、Felipe Freitas、Huma Sethi、Stephen P. Andrews、John Skidmore 、Beth Stevens与David Attwell联合完成。论文《Inhibiting Ca²⁺channels in Alzheimer’s disease model mice relaxes pericytes, improves cerebral blood flow and reduces immune cell stalling and hypoxia》发表在《Nature Neuroscience》期刊，通过先进光学方法揭示了钙通道抑制改善脑血流的关键机制。

技术原理
光学成像技术是AD血管研究的核心技术，其独特机制在于高分辨率、实时活体监测能力，突破了传统组织学分析的静态局限。主流方法如MRI虽能宏观评估CBF，但分辨率不足（>100 μm），无法解析微血管细胞事件；而光学技术以亚微米精度实现动态观测。关键原理分点阐述如下：

双光子显微成像：基于非线性激发原理，激光穿透深层组织（如皮层），激发荧光探针（如GCaMP5g钙指示剂），产生双光子荧光信号。该技术最小化光损伤，允许长时间活体成像，实时捕获周细胞内钙离子（[Ca²⁺]ᵢ）瞬变和血管直径变化（分辨率达1 μm）。

激光多普勒血流仪：利用多普勒效应，激光束照射移动血细胞，散射光频移转换为血流速度信号。结合双光子系统，实现CBF与血管动力学的同步量化，精度达毫米/秒级。

激光散斑对比成像：基于激光散斑模式，血流引起散斑强度波动，通过空间对比分析生成CBF分布图。该方法快速覆盖大视野，适用于整体灌注评估（如皮层区域），但需配合高分辨技术验证微血管细节。

这些技术协同工作，形成多层次成像体系，核心优势在于非侵入式、细胞级分辨率，为AD血管功能障碍提供机制解析。

重要发现
本研究通过先进光学技术，核心贡献在于阐明钙通道抑制如何通过周细胞调控改善AD脑血流，实验过程聚焦成像主导的机制验证。

周细胞收缩机制的光学解析：实验采用双光子显微成像，在活体NG2-Creᴱᴿᵀ²-GCaMP5g小鼠皮层中，实时监测内皮素-1（ET-1）诱导的周细胞[Ca²⁺]ᵢ升高（上升2.07倍）和毛细血管收缩（直径减小18%）。尼莫地平（CaV阻断剂）处理后，[Ca²⁺]ᵢ在1.35分钟内降至基线，血管扩张先于CBF增加（8.41分钟延迟），证实钙通道介导收缩的核心作用。

多维成像量化血流改善：结合激光多普勒和激光散斑，研究显示尼莫地平静脉注射提升AD小鼠CBF达51%（P=0.0003）。三维双光子成像进一步揭示毛细血管直径增加9.6%（至6 μm），减少Poiseuille定律相关的血流阻力。数学模型（考虑血管阻力分布）验证成像数据，预测CBF增幅匹配实测值（51% vs. 40–51%）。

免疫细胞滞留的成像证据：双光子技术三维扫描显示，AD模型中5.2%毛细血管发生阻塞（vs. WT 0.47%），中性粒细胞和单核细胞滞留占50%以上。成像捕捉细胞堵塞点邻近周细胞胞体（距离<10 μm），尼莫地平减少阻塞至近正常水平，缩短滞留时间（P<0.05）。

结论：光学技术证实钙通道抑制通过放松周细胞，扩张血管，降低血液黏度和细胞滞留，最终提升CBF并缓解缺氧（pimonidazole标记减少），为AD早期治疗提供光学驱动的机制基础。

挑战与展望
尽管光学成像技术推动AD血管机制突破，临床转化面临显著障碍：尼莫地平的长期安全性在老年AD患者中待验证（CBF响应减弱63%），且光学设备的成本和高技能操作限制基层普及；未来方向需结合多模态成像（如与ASL MRI整合）提升预测精度，并探索个性化剂量优化。同时，拓展至其他血管性痴呆症，可加速光学技术的临床落地。

论文信息
声明：本文仅用作学术目的。
Korte N, Barkaway A, Wells J, Freitas F, Sethi H, Andrews SP, Skidmore J, Stevens B, Attwell D. Inhibiting Ca2+ channels in Alzheimer's disease model mice relaxes pericytes, improves cerebral blood flow and reduces immune cell stalling and hypoxia. Nat Neurosci. 2024 Nov;27(11):2086-2100.

DOI:10.1038/s41593-024-01753-w.