Nat Commun：促进中风恢复新方法！科学家揭示对侧海马扩散性去极化促进功能恢复机制

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2025年4月10日，卡尔加里大学Roger J. Thompson团队在Nature communications发表：Contralesional hippocampal spreading depolarization promotes functional recovery after stroke，揭示了对侧海马扩散性去极化促进中风后的功能恢复。

缺血性中风是由于脑血流受阻导致的脑组织梗死，会引起长期的神经功能缺陷甚至死亡。作者在清醒的Thy1-GCaMP6f小鼠中通过双侧光纤植入，同时监测神经元活动并诱导局灶性缺血性中风。单侧海马中风导致了同侧扩散去极化（GCaMP6f荧光持续增加）同时发生。海马中风损害了中风前获得的情境恐惧条件反射。然而，在中风后第7天，只有那些出现对侧扩散性去极化的小鼠的情境恐惧条件反射得到了改善。抑制围中风期的对侧扩散性去极化阻止了依赖于海马的学习能力的恢复。

图一 海马缺血诱发的终末扩散性去极化（SD）与病灶大小相关

研究采用Thy1-GCaMP6f转基因小鼠，这些小鼠的锥体神经元表达了GCaMP6f。通过在双侧海马上方植入光纤能够同时监测缺血发生时神经元Ca2+的变化。单侧光血栓形成诱导了同侧海马内GCaMP6f强度持续增加，这被认为是终末扩散性去极化（TSD）的表现。TSD的发生时间及其幅度与激光照射时间和功率相关联。病灶大小（通过氯化三苯基四氮唑染色评估）与TSD幅度之间存在相关性，表明TSD可以作为评价局灶性缺血影响的一个补充非组织学方法。研究未发现性别对TSD幅度、其峰值导数以及从光血栓形成开始到TSD出现的时间有影响。研究揭示了局灶性海马缺血引发的终末扩散性去极化与病灶大小之间的关系，并提出GCaMP6f可作为一种有用的工具来评估局灶性缺血的影响。

图二 行为小鼠海马中的TSD与旷场活动相关联

除了记忆缺失缺陷外，小鼠在旷场中的过度活动被认为是损伤引起的海马功能障碍的行为替代指标。这些损伤（如兴奋性毒性、机械性损伤等）通常是在麻醉状态下产生的，随后在接下来的数天和数周内对动物进行测试。虽然有证据表明未麻醉大鼠的前脑缺血可能引发过度兴奋性和行为性癫痫发作，但尚不清楚局灶性海马缺血是否会诱导过度活动。在自由活动的小鼠中测量了缺血诱发的神经元Ca2+动态变化，使能够将小鼠的行为与缺血诱发的神经元Ca2+流入（即扩散性去极化，SD）相匹配。小鼠在处理过程中被适应于旷场环境，在10分钟的基线期内，假手术组和中风组小鼠在旷场中的活动逐渐减少。将小鼠的行为分为四种状态：静坐、行走、梳理、站立，以识别与同侧海马TSD相关的行为。在中风小鼠中，TSD的起始时间被定义为同侧GCaMP6f信号峰值导数的时间点。接着，评估了TSD前后每种行为状态所花费的时间。在同侧TSD发生后，雌性和雄性小鼠在旷场中花费更多时间处于活动状态，并且行进距离更远，而假手术组小鼠在同一时间段内旷场活动或行进距离没有变化。综上所述，小鼠在旷场中的活动增加与同侧TSD同时发生。

图三 雌性小鼠在SD期间及之后增加了活动时间

接下来作者探讨了在单侧海马光血栓形成的情况下，通过血流良好的组织（如对侧海马）传播的SD是否会引发与TSD类似的行为变化。在中风小鼠中，将行为分为对侧SD之前、期间和之后三个阶段。雌性小鼠在对侧SD期间及之后进一步增加了旷场活动。由于雄性小鼠中对侧SD的发生率极低，在雄性中未观察到这种增加。尽管在对侧SD期间平均速度没有显著差异，但雌性小鼠在对侧SD后的活动阶段移动得更快。雄性小鼠的平均速度与对侧SD无显著关联。对侧SD的存在明显增加了同侧TSD发生后20分钟内的行进距离。在假手术组小鼠中，在中风小鼠对侧SD平均时间点附近未观察到旷场活动的变化。综上所述，雌性小鼠中更频繁发生的对侧SD伴随着旷场活动的进一步增加。

图四 SD是由对侧继发性癫痫发作引发的

通过双侧光纤记录与双侧海马局部场电位（LFP）记录，在雌性小鼠单侧海马光血栓形成过程中进行监测。在LFP记录中，癫痫表现为峰值幅度和信号总功率增加、熵减少及节律性增强。在所有记录到对侧海马癫痫紧接着是SD的情况下，超阈值节律性放电首先出现在对侧LFP中，然后才出现在同侧LFP中。在观察到对侧癫痫并随后发生SD的小鼠中，有三只显示对侧癫痫先于同侧海马癫痫的发生，且在一个案例中癫痫活动仅限于对侧海马。通过对包含癫痫发作前后的60秒时间段内的LFP功率分析，发现对侧海马的LFP功率在同侧海马变化之前明显增加，表明形成了一个可能弱传播至同侧半球的继发性癫痫焦点。通过Thy1-GCaMP6f小鼠的大规模皮层成像结合双侧光纤记录，研究者们排除了跨半球SD通过浅表皮层传播的可能性。结果显示，尽管在对侧海马观察到了SD，但在任一半球的浅表皮层均未观察到明显的SD。研究表明对侧SD往往是由对侧继发性癫痫发作引发的，而不是直接从缺血组织传播出去的SD。此外，对侧癫痫发作可能进一步传播到新皮质区域，但这种传播并未导致真正的SD进入这些结构。

该研究通过使用光纤记录为研究病理生理现象提供了新的方法和视角，尤其是在自由行为的小鼠模型中进行脑卒中的生物学研究。这种方法具有灵活性，可以用来研究整个大脑中的卒中情况。该研究不仅开辟了新的技术路径来探讨卒中的复杂性，而且强调了个性化医疗的重要性，特别是在卒中的治疗和管理方面，提供了基于性别差异和特定脑区影响的新见解。

文章来源

https://doi.org/10.1038/s41467-025-57119-8