Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism

Endocannabinoids, including 2-arachidonoylglycerol and anandamide ( N-arachidonoylethanolamine; AEA), have neuroprotective effects in the brain through actions at CB1 receptors. However, AEA also binds to vanilloid (VR1) receptors and induces cell death in several cell lines. Here we show that anandamide causes neuronal cell death in vitro and exacerbates cell loss caused by stretch-induced axonal injury or trophic withdrawal in rat primary neuronal cultures. Administered intracerebroventricularly, AEA causes sustained cerebral edema, as reflected by diffusion-weighted magnetic resonance imaging, regional cell loss, and impairment in long-term cognitive function. These effects are mediated, in part, through VR1 as well as through calpain-dependent mechanisms, but not through CB1 receptors or caspases. Central administration of AEA also significantly upregulates genes involved in proinflammatory/microglial-related responses. Thus, anandamide produces neurotoxic effects both in vitro and in vivo through multiple mechanisms independent of the CB1 receptor.

Chuột đực Wistar được trải qua tình trạng thiếu máu ở não trước trong 10 phút bằng cách kẹp hai động mạch cảnh chung và đồng thời hạ huyết áp toàn thân xuống 40 mm Hg bằng cách thoát máu. Sự phục hồi được thực hiện bằng cách gỡ bỏ các kẹp động mạch và truyền lại máu. Mức độ phosphat năng lượng cao và các chất nền glycolytic ở vỏ não được xác định bằng phương pháp enzyme. Naftidrofuryl (10 hoặc 20 mg/kg i.p.) hoặc ketamine (5 mg/kg i.v.) được áp dụng 30 phút trước khi khởi phát tình trạng thiếu máu. S(-)-Emopamil (4 mg/kg) hoặc nimodipine (50 μg/kg) được tiêm truyền tĩnh mạch trong 30 phút. Nimodipine và emopamil làm tăng mức glucose trong máu và hạ huyết áp trước thiếu máu. Dưới các điều kiện kiểm soát, có một xu hướng hướng tới mức glucose vỏ não cao hơn ở các não được điều trị. Nguồn năng lượng não đã được tiêu hao sau tình trạng thiếu máu ở cả động vật đối chứng và được điều trị ở cùng một mức độ. Tuy nhiên, nồng độ lactate lại cao hơn ở động vật được điều trị bằng emopamil. Hiệu ứng này được quy cho mức glucose cao trước thiếu máu. Trong giai đoạn phục hồi sớm, việc khôi phục phosphat năng lượng cao đã được tăng tốc bởi cả hai chất chẹn canxi. Nimodipine và emopamil đã làm tăng nồng độ glucose và glucose-phosphate trong giai đoạn ngay sau khi thiếu máu. Naftidrofuryl (10 mg/kg) làm tăng mức creatine-phosphate và ATP sau 2 phút phục hồi. Naftidrofuryl (20 mg/kg) không có tác động đến chuyển hóa năng lượng não, nhưng làm giảm đáng kể huyết áp sau thiếu máu (có thể do đó che giấu tác dụng cải thiện của nó). Ketamine đã tăng tốc quá trình phục hồi phosphat năng lượng cao sau khi thiếu máu. Ở chuột tỉnh táo, lưu lượng máu não cục bộ (LCBF) được xác định bằng kỹ thuật ¹⁴C-iodoantipyrine sau khi áp dụng emopamil (20 mg/kg s.c.) hoặc naftidrofuryl (10 mg/kg i.v.). Cả hai hợp chất đều làm tăng giá trị LCBF ở hầu hết các cấu trúc chất xám. Có thể kết luận rằng các tác nhân bảo vệ thần kinh được điều tra có chung một tác động tăng tốc đối với sự phục hồi phosphat năng lượng cao sau thiếu máu ở vỏ não.

Glycogen là đặc trưng của các tế bào thần kinh đệm trưởng thành, nhưng sự xuất hiện của nó trong quá trình biệt hóa tế bào thần kinh đệm vẫn chưa được làm rõ. Quá trình biệt hóa các khối u thần kinh từ chuột E14 thành các tế bào thần kinh đệm được kích thích bằng huyết tương bò bào thai (FBS), Yếu tố ức chế bạch cầu (LIF), hoặc Yếu tố dinh dưỡng thần kinh quanh mạch (CNTF). Các phân tích hóa tế bào và enzym cho thấy rằng glycogen có mặt trong các tế bào thần kinh đệm được biệt hóa bằng FBS hoặc LIF nhưng không có trong các tế bào được biệt hóa bằng CNTF. Sự phân hủy glycogen được kích thích trong các tế bào thần kinh đệm biệt hóa bằng FBS và LIF nhưng sự tái tổng hợp glycogen chỉ được quan sát thấy với FBS. Việc nhắm đến protein vào biểu hiện mRNA glycogen xuất hiện với protein axit fibrillary thần kinh và S100β trong các điều kiện FBS và LIF nhưng không có với CNTF. Những kết quả này cho thấy chuyển hóa glycogen là một chỉ thị hữu ích cho sự biệt hóa tế bào thần kinh đệm.

Enzyme transaminase chuỗi nhánh (BCAT) có vai trò quan trọng trong quá trình chuyển hóa nitơ và glutamate trong não. Mục tiêu của nghiên cứu này là mô tả sự phân bố và chuyển hóa của 2-keto[1-¹³C]isocaproate (KIC) được hyperpolar hóa ở chuột bình thường bằng các phương pháp cộng hưởng từ. KIC được hyperpolar hóa chuyển hóa thành [1-¹³C]leucine (leucine) thông qua BCAT. Kết quả cho thấy KIC và sản phẩm chuyển hóa của nó, leucine, hiện diện với số lượng có thể hình ảnh hóa 20 giây sau khi kết thúc việc cung cấp KIC trên toàn bộ não. Hơn nữa, quá trình chuyển hóa cao hơn đáng kể đã được quan sát thấy ở các vùng hồi hải mã so với mô cơ. Kết luận, quá trình chuyển hóa của KIC hyperpolarized trong não đã được hình ảnh hóa, và KIC hyperpolarized có thể là một nền tảng đầy triển vọng để đánh giá hoạt động của BCAT não trong mối liên hệ với các bệnh thoái hóa thần kinh.

Các nghiên cứu trước đây của chúng tôi đã chứng minh sự biểu hiện phối hợp của chuỗi yếu tố tăng trưởng nguồn gốc tiểu cầu (PDGF) -B và thụ thể β trong các nơron đang gặp nguy hiểm ở não chuột với tình trạng thiếu máu cục bộ. Để làm rõ vai trò của chuỗi -B trong não, chúng tôi đã kiểm tra xem PDGF-A hay chuỗi -B có bảo vệ các nơron hình chóp CA1 khỏi cái chết nơron muộn sau thiếu máu trước não ở chuột hay không. Việc tiền điều trị bằng PDGF-BB, nhưng không phải -AA, với liều 120 ng/ngày trong 2 ngày cho đến khi thiếu máu trước não diễn ra đã làm giảm đáng kể cái chết nơron muộn ở các nơron hình chóp CA1 vào ngày thứ 7 sau thiếu máu. Hiệu quả bảo vệ thần kinh của PDGF-BB phụ thuộc vào liều lượng, và việc tiền điều trị bằng PDGF-BB ở liều 240 ng/ngày cho thấy ức chế gần như hoàn toàn cái chết nơron muộn. Ngược lại, việc điều trị sau bằng PDGF-BB với liều 120 ng/ngày bắt đầu 20 phút sau khi thiếu máu không cho thấy hiệu quả bảo vệ thần kinh đáng kể. Nghiên cứu hiện tại đã thiết lập rõ ràng các hành động bảo vệ thần kinh nổi bật của PDGF-BB trong tổn thương nơron do thiếu máu.

Mười phút thiếu máu hoàn toàn đã được tạo ra trên 11 con chó bằng cách thắt tạm thời động mạch chủ. Ngay trước khi xảy ra thiếu máu, những con chó này đã nhận được nimodipine, một loại thuốc chẹn kênh canxi mới, với liều 10 μg kg⁻¹, tiêm tĩnh mạch, sau đó được truyền với liều 1 μg kg⁻¹ phút⁻¹ trong 2 giờ. Lưu lượng máu não và chuyển hóa sau thiếu máu được đo trong 120 phút ở sáu con chó. Khả năng phục hồi thần kinh được đánh giá sau 48 giờ thiếu máu ở năm con chó. Kết quả được so sánh với các nhóm kiểm soát đã được xác định trước đó. Nimodipine gần như làm gấp đôi lưu lượng máu não trong giai đoạn hạ huyết áp sau thiếu máu, so với những con chó không được điều trị (khoảng 45% so với 25% giá trị kiểm soát trước khi thiếu máu), nhưng không có ảnh hưởng đáng kể đến chuyển hóa. Nimodipine cũng cải thiện khả năng phục hồi thần kinh. Bốn trong số năm con chó được điều trị có tình trạng bình thường và một con bị tổn thương nhẹ, trong khi sáu trong số bảy con chó đối chứng bị tổn thương nặng hoặc đã chết. Điều này cho thấy trạng thái hạ huyết áp muộn xảy ra sau thiếu máu não hoàn toàn có thể góp phần vào tổn thương thần kinh cuối cùng, và rằng nimodipine mang lại tác dụng bảo vệ tiềm năng.

Các nghiên cứu can thiệp gợi ý rằng những thay đổi trong thể lực ảnh hưởng đến chức năng và cấu trúc não. Chúng tôi đã nghiên cứu ảnh hưởng của bài tập thể dục cường độ cao đến thể tích và chuyển hóa của hippocampal ở 17 nam giới trẻ khỏe mạnh trong một chương trình tập thể dục kéo dài 6 tuần, so sánh với các nhóm đối chứng phù hợp. Chúng tôi cũng nhằm liên hệ những thay đổi này với các thay đổi giả thuyết trong yếu tố thần kinh nguồn gốc não (BDNF), interleukin-6 (IL-6), và yếu tố hoại tử khối u alpha (TNF-α) do tập thể dục gây ra. Chúng tôi cho thấy sự cải thiện đáng kể về thể lực ở hầu hết các đối tượng và một mối tương quan tích cực giữa mức độ cải thiện thể lực và nồng độ BDNF tăng lên. Chúng tôi đã bất ngờ quan sát thấy sự giảm thể tích trung bình khoảng 2%, điều này chỉ giới hạn ở các tiểu trường CA2/3, subiculum và dentate gyrus bên phải của hippocampal và tương quan tiêu cực với sự cải thiện thể lực và tăng nồng độ BDNF. Kết quả này cho thấy rằng chủ yếu những đối tượng không thu được lợi ích từ chương trình tập thể dục thể hiện sự giảm thể tích hippocampal, nồng độ BDNF giảm và nồng độ TNF-α tăng. Mặc dù kết quả quang phổ không cho thấy bất kỳ sự mất neuron nào (mức N-acetylaspartate không thay đổi), nhưng mức glutamate-glutamine giảm đã được quan sát ở hippocampus trước bên phải chỉ trong nhóm tập thể dục. Các đặc điểm của người phản hồi cần được nghiên cứu kỹ lưỡng hơn. Kết quả của chúng tôi chỉ ra vai trò quan trọng của phản ứng viêm sau khi tập thể dục đối với những thay đổi trong cấu trúc hippocampal.

Các phương pháp quang học để điều tra chức năng và trao đổi chất não đã được áp dụng trong các nghiên cứu xâm lấn trong thời gian dài. Từ tế bào thần kinh nuôi cấy trong ống nghiệm đến vỏ não được phơi bày ở người trong các thủ thuật phẫu thuật thần kinh, có thể đạt được độ phân giải không gian cao và một số quá trình như điện thế màng, sự sưng tế bào, chuyển hóa của các cromophore ti thể, và phản ứng mạch máu có thể được theo dõi, tùy thuộc vào sự chuẩn bị tương ứng. Các tác giả tập trung vào việc mở rộng các phương pháp quang học để ứng dụng không xâm lấn ở người. Bắt đầu với công trình tiên phong của Jöbsis cách đây 25 năm, quang phổ hồng ngoại gần (NIRS) đã được sử dụng để điều tra hoạt động chức năng của vỏ não người. Gần đây, một số nhóm nghiên cứu đã bắt đầu sử dụng các hệ thống hình ảnh cho phép tạo ra hình ảnh của một khu vực lớn hơn trên đầu của đối tượng, và do đó, sản xuất ra các bản đồ thay đổi độ oxy hóa của vỏ não. Những hình ảnh này có độ phân giải không gian thấp hơn nhiều so với các hình ảnh quang học thu được bằng phương pháp xâm lấn. Tuy nhiên, hình ảnh NIRS không xâm lấn có thể được thu được trong các thiết lập không đòi hỏi quá nhiều công sức và có thể dễ dàng kết hợp với các phương pháp chức năng khác, đặc biệt là điện não đồ (EEG). Hơn nữa, NIRS có thể được áp dụng cho các tình huống bên giường bệnh. Các tác giả tóm tắt một số tài liệu phong phú về các tín hiệu quang học nội tại và các nghiên cứu hình ảnh NIRS trong vài năm qua. Các điểm yếu và điểm mạnh của phương pháp này được thảo luận một cách phê phán. Các tác giả kết luận rằng hình ảnh NIRS có hai lợi thế chính: nó có thể giải quyết các vấn đề liên quan đến sự kết hợp thần kinh mạch máu ở người lớn và có thể mở rộng các phương pháp hình ảnh chức năng để điều tra não bị bệnh.

Kỹ thuật Pulsed arterial spin labeling (PASL) với nhiều thời gian dòng chảy (multi-TIs) tỏ ra có lợi cho việc đo lưu lượng máu não ở các bệnh nhân có thời gian vận chuyển động mạch dài (ATTs), như trong bệnh lý hẹp - tắc nghẽn, vì thời gian đến thuốc có thể được đo và các phép đo lưu lượng máu có thể được điều chỉnh cho phù hợp. Nhờ vào tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR) được cải thiện, sự kết hợp với một phương pháp đọc ba chiều gradient và spin echo (GRASE) cho phép thu thập một số lượng thời gian dòng chảy đa dạng trong một thời gian thu thập có thể thực hiện trong lâm sàng là 5 phút. Chúng tôi đã so sánh kỹ thuật này với tiêu chuẩn lâm sàng là hình ảnh cộng hưởng từ tăng cường thuốc tương phản trọng số nhạy cảm động — MRI ở các bệnh nhân bị hẹp đơn phương hơn 70% của động mạch cảnh trong hoặc động mạch não giữa (MCA) tại 3 Tesla. Chúng tôi đã thực hiện các so sánh theo cả hai phương diện định tính (đánh giá của ba giám định viên chuyên môn) và định lượng (dựa trên vùng quan tâm (ROI) / thể tích của vùng quan tâm (VOI)). Trong 43 bệnh nhân, PASL-GRASE multi-TI cho thấy những thay đổi lưu lượng với độ chính xác trung bình trong phân tích định tính. Về mặt định lượng, các hệ số tương quan mức độ trung bình được tìm thấy cho vùng lãnh thổ MCA (dựa trên ROI: r=0.52, dựa trên VOI: r=0.48). Trong vùng lãnh thổ động mạch não trước (ACA), một hiện tượng gây nhiễu liên quan đến bên phải của phương pháp đọc ảnh hưởng đến sự tương quan (dựa trên ROI: r=0.29, dựa trên VOI: r=0.34). Các hiện tượng gây nhiễu do sự chậm trễ trong vận chuyển động mạch chỉ được tìm thấy ở 12% bệnh nhân. Kết luận, PASL-GRASE multi-TI có thể điều chỉnh cho sự chậm trễ trong vận chuyển động mạch ở những bệnh nhân có thời gian vận chuyển động mạch dài. Những kết quả này hứa hẹn cho việc chuyển giao ASL vào thực hành lâm sàng.

Tiền điều kiện hóa bằng lipopolysaccharide (LPS) cung cấp sự bảo vệ thần kinh chống lại tổn thương não do thiếu máu cục bộ sau này. Yếu tố hoại tử khối u-α (TNFα) có tác dụng bảo vệ trong tiền điều kiện hóa do LPS gây ra nhưng lại làm trầm trọng thêm tổn thương tế bào thần kinh trong trạng thái thiếu máu. Ở đây, chúng tôi xác định vai trò đôi của TNFα trong khả năng chịu đựng do thiếu máu gây ra bởi LPS trong mô hình chuột đột quỵ và trong các mô hình nuôi cấy tế bào thần kinh chính in vitro, và cho thấy rằng các tác động độc tế bào của TNFα bị giảm thiểu bởi tiền điều kiện hóa bằng LPS. Chúng tôi chứng minh rằng tiền điều kiện hóa bằng LPS làm tăng đáng kể nồng độ TNFα trong tuần hoàn trước khi có tắc nghẽn động mạch não giữa ở chuột và cho thấy rằng TNFα là cần thiết để thiết lập bảo vệ thần kinh sau này chống lại thiếu máu, vì những con chuột thiếu TNFα không được bảo vệ khỏi tổn thương do thiếu máu bởi tiền điều kiện hóa LPS. Sau đột quỵ, chuột được tiền điều kiện hóa bằng LPS có sự giảm đáng kể nồng độ TNFα (~ gấp ba lần) và các phân tử truyền tín hiệu TNFα gần gũi, thụ thể TNF-1 ở thần kinh (TNFR1) và miền chết liên kết với TNFR (TRADD). Mức độ TNFR1 hòa tan (s-TNFR1) tăng đáng kể sau đột quỵ ở chuột được tiền điều kiện hóa bằng LPS (~ gấp 2,5 lần), điều này có thể trung hòa tác động của TNFα và giảm tổn thương do TNFα gây ra trong trạng thái thiếu máu. Quan trọng là, chuột được tiền điều kiện hóa bằng LPS thể hiện khả năng chống lại tổn thương não do việc tiêm TNFα ngoại sinh vào não sau đột quỵ. Chúng tôi đã thiết lập một mô hình in vitro về tiền điều kiện hóa LPS trong các mô hình nuôi cấy tế bào thần kinh vỏ não chính và cho thấy rằng tiền điều kiện hóa bằng LPS gây ra sự bảo vệ đáng kể chống lại TNFα gây tổn thương trong bối cảnh thiếu máu. Các nghiên cứu của chúng tôi gợi ý rằng TNFα là một thanh kiếm hai lưỡi trong bối cảnh đột quỵ: sự tăng cường TNFα là cần thiết để thiết lập khả năng chịu đựng do LPS gây ra trước khi thiếu máu, trong khi việc ức chế tín hiệu TNFα trong khi thiếu máu mang lại sự bảo vệ thần kinh sau khi tiền điều kiện hóa bằng LPS.