中樞神經系統（CNS）非常容易受到損害時，當其血液供應會受到損害。因此CNS具有許多控制系統以確保充足的血液供應。去甲腎上腺素（NA）和多巴胺產生廣泛的血管收縮，從而有效地節省了血液用于通過神經血管擴張耦合局部活性區域。雖然單獨AADC活性不足以對5-HT的內源性合成（實際上血管缺乏5-HT SCI后14，23，24），AADC可以直接合成痕量胺，例如色胺和酪胺，來自色氨酸和酪氨酸等氨基酸。中樞神經系統CNS血流被認為是由小動脈的平滑肌細胞（SMC）來控制該緊勒響應于血管活性物質，包括中央衍生的5-HT和NA作用于5-HT 1和α2-腎上腺素能受體，通過發生在周邊類似機制。小動脈分支形成沒有SMC的小毛細血管，但與環繞CNS毛細血管的稀疏間隔的周細胞相關。

雖然周細胞具有不同的功能，包括脊髓損傷后促進疤痕形成，許多周細胞是收縮，含平滑肌α肌動蛋白（α-SMA）和收縮響應于單胺。事實上，周細胞最近已顯示出在兩個控制正常CNS血流中起主要作用，并缺血性中風的響應。研究人員發現到當SADC后毛細血管中的AADC上調時，其在周細胞中的表達最為強烈。因此本論文研究人員通過微電極探索了周細胞是否通過合成取代丟失的單胺的TA來在SCI后調節毛細血管張力和血流中起特殊作用。

操作步驟

unisense光學氧電極測量了正常無損傷和SCI大鼠體內的氧濃度。老鼠首先進行麻醉，椎板切除術和立體定向穩定與上述脊髓血管成像的設置相似。用光學氧微電極傳感器（Unisense）測量老鼠脊髓液中氧氣的分壓（pO2），該傳感器尖端直徑為50μm，并涂有熒光團，當用610 nm紅光激發時，發出780 nm紅外光其強度與附近的氧氣濃度成比例地變化，從而淬滅了該光（其中1μM O2=0.62 mmHg pO 2;）。unisense克拉克型氧氣為微電極傳感器安裝在微操縱器上，以將微電極尖端垂直推進到脊髓背側表面。尖端穿透脊膜，然后深入到背角和腹角的灰質中，或者使脊膜凹陷而不會穿透背角（<200μm）。兩種氧分壓的測試方法均獲得相似的pO2測量值。采用微電極尖端穿透脊膜方法造成較小的局部損壞，因此是較好的原位測試老鼠脊髓內氧分壓的方法。

實驗結果

廣泛釋放的血管收縮（血管緊張）是由腦干神經元細胞釋放的單胺5-羥色胺和去甲腎上腺素引起的，而局部血管的擴張是由谷氨酸能神經元的活性引起的。檢測了血管緊張度如何適應大鼠脊髓損傷（SCI）后神經元衍生的單胺的丟失。研究發現在實施脊髓損傷數月后，由于單胺受體（5-HT 1的反常過量活性）損傷部位下方的脊髓處于慢性缺氧狀態。在周皮細胞上，盡管沒有單胺，這種單胺受體活性導致周細胞局部收縮毛細血管，從而將血流減少至缺血水平。在不存在單胺的情況下，受體活化是由異位表達芳香族-1-氨基酸脫羧酶（AADC）的周細胞產生痕量胺（例如色胺）造成的，后者直接從飲食氨基酸（例如作為色氨酸）。抑制單胺受體或AADC，甚至增加吸入氧，可使脊髓損傷后的運動神經和運動功能得到顯著緩解。

圖1、脊髓損傷后痕量胺會收縮毛細血管。（a）脊髓血管系統示意圖。（b）免疫標記脊髓毛細血管（v）和尾巴至SCI部位的星形膠質細胞（GFAP，a）上的周皮細胞（NG2，p）。（c）微分干涉顯微鏡(DIC)設置的示意圖，用于在脊髓損傷后對臍帶皮層表面以下的毛細血管成像。（d）頂部，慢性IC骨橫斷的尾椎脊髓毛細血管的DIC圖像，RBC（R）和內腔偽彩色為紅色（箭頭指向內皮）。底部，應用色氨酸（30μM）會引起與周細胞（p）相鄰的局部性局部血管收縮（白色箭頭；開始于應用后1分鐘），但在缺乏周細胞的區域中則不會（黑色箭頭）。（e）與d相同，但在色氨酸之前使用AADC抑制劑（NSD1015[NSD]；300μM），以防止產生色胺。（f）色胺的應用模仿了色氨酸誘導的血管收縮（d），與周細胞相鄰（綠色輪廓）。（g）色氨酸誘導的收縮（頂部，箭頭處）被5-HT 1B受體拮抗劑GR127935（3μM；底部）逆轉。（h）正常大鼠的毛細血管（上），缺乏色氨酸引起的收縮（下）。

圖2、ACI，痕量胺和5-HT 1B受體在SCI后在周細胞中共表達。（a）頂部，在慢性脊髓橫斷尾段的脊髓橫切面用AADC抗體進行免疫標記（黑色，DAB，上圖），表明AADC在毛細血管上廣泛表達（v），但在動脈上卻不表達（a）。底部，在毛細管的縱向切片中顯示AADC（紅色）和CD13（綠色，周細胞標記）的免疫熒光，顯示AADC和CD13在周細胞中的唯一共定位（p；黃色）。（b）左圖為內源性色胺（黑色）尾部損傷部位的DAB免疫標記，顯示毛細血管（v）的周細胞（箭頭）尤其是體細胞中的色胺密集染色。插圖顯示了較高的毛細管橫截面放大圖（比例尺，10μm），表明周細胞（p）細胞體和過程對色胺具有染色作用（箭頭），而內皮細胞（e）沒有（藍，甲酚-內皮細胞核的紫色染色）。右圖為色胺（紅色）和CD13（綠色）的免疫熒光染色進一步顯示了周細胞中的色胺染色。（C）在用5-HTP（30 mg/kg，腹腔注射，固定前25分鐘）預處理后，對AADC產品5-HT和尾部橫斷損傷的尾周細胞標記NG2進行免疫標記。箭頭，NG2標記的周細胞中的5-HT染色。（d）該AADC產品5-HT（紅色）顯示密集堆積在周細胞細胞體內，并標記有AADC的過程（綠色；箭頭）。（e）SCI后周細胞對毛細管的作用示意圖，顯示色氨酸（紅色）從血液擴散到周細胞中，AADC合成色胺（黃色），色胺對附近5HT 1B受體（藍色）的作用以收縮毛細血管。（f）如面板c和d所示對5-HT進行免疫標記，但未進行5-HTP預處理。（g）對損傷部位尾端的5-HT 1B受體和NG2進行免疫標記。

圖3、慢性脊髓損傷后血流不足和缺氧。（a）在心內注射亞甲藍染料（20％于鹽水中）之前和之后（20和40 s），正常和慢性脊髓大鼠的骨和腰椎脊髓背脈管系統的體內圖像。（b）在受傷和正常的未受傷大鼠的（尾至損傷）或腰部（延髓）的灌注時間，并隨5-HT 1B拮抗劑GR127935（GR，30μM局部應用于尾線）發生變化或硝酸鈉；n=每組5只鼠，以箱形圖表示。（c）體內的雙光子顯微圖像注射FITC-右旋糖酐后spin骨脊髓血管尾部至損傷部位（iv）。箭頭指示所成像的脊髓下脊髓毛細血管的位置。計算RBC流量的指示毛細管的左下方，較高的放大倍率和較亮的視圖。右下圖是慢性脊髓大鼠未經治療和經NSD1015（NSD）治療的脊髓（局部給藥3 mM）的組毛細血管RBC流速的方框圖，每組n=5。（d）脊髓中體內氧氣測量（pO 2）的示意圖。（e）相比于SCI的延髓緣或正常未受傷大鼠，尾部至慢性SCI的低pO 2（缺氧，紅色），以及pO 2的變化擴張與NSD1015或容器之后GR127935（GR，局部30μM），或瞬時高?2呼吸（95％氧氣2，5％CO2，1分鐘）。（f）在用瞬時氧氣（95％持續1分鐘;在10-20分鐘測量），GR127935，RX821002（RX;5μM局部用藥）之前和之后未受傷（正常）和受傷大鼠中pO 2的箱形圖NSD1015（NS）;每個方法中n=5-20，如方法中所述。藥物作用在數分鐘內達到峰值，并持續10-90分鐘（記錄峰值）。氧分壓2值是指從L4–L6（對受傷或正常腰椎）到S2–S4，Ca1（對損傷或正常aud骨的尾椎）脊段的平均值。*P<0.05，相對于治療前對照（f）或正常組織（b）有顯著差異。

圖4、神經血管耦合尾至脊髓損傷。簡短的機械刺激尾巴(1秒光沿尾巴摩擦，在箭頭處)提供感覺輸入到骶脊髓產生，慢性脊髓大鼠的骶管尾部氧合延長至橫斷(S2橫斷，傷后2個月)。光學氧氣微電極(pO2)由背部的光學傳感器(optode)測量S4骶脊髓角。這種氧氣的持續增加反映了經典神經血管耦合，通過神經元活動擴張血管并增加氧合。慢性脊髓大鼠明顯的神經血管耦合可能有助于解釋短暫吸入強化氧后觀察到的運動活動(EMG)的延長增加。

圖5、老鼠脊髓損傷（SCI）后低氧、高碳酸或高氧呼吸后，脊髓脊髓的氧合反彈增加。a)用光學氧傳感器測量脊髓中氧分壓(pO2)，慢性脊髓大鼠脊髓的尾部(S2斷面，傷后4個月)。b)在基線條件下，脊髓是缺氧的。短暫的低氧呼吸(1分鐘呼吸10.5%的氧氣，而不是通常的21%的空氣)引起pO2的立即下降(在黃條處)，可立即引起休克，進一步增加脊髓缺氧。隨后pO2增加持續15-20分鐘，而其他地方的pO2迅速恢復正常。各組分別為pO2前期(紅色、綠色)和15分鐘后的短暫缺氧(n=7)，高碳酸血癥(30 s呼吸10%CO2空氣，n=5)，或高氧(1 min 100%O2,n=7)呼吸，隨著所有治療的增加，pO2在脊髓尾側逐漸增加。

結論與展望

本論文探索了周細胞是否通過合成取代丟失的單胺的TA來在SCI后調節毛細血管張力和血流中起特殊作用。研究結果表明了幾個新的概念，這些新概念從根本上改變了脊髓損傷后對脊髓功能和康復的理解。脊髓損傷后，周細胞在調節毛細血管張力和脊髓血流中起主要作用；SCI導致毛細血管過度緊張，血液流動不良和缺氧的慢性狀態。研究人員發現慢性脊髓缺氧與臨床相關的部分脊髓損傷（挫傷）有關，并且通過擴張血管的干預措施（例如，AADC抑制劑）可以實現運動功能的長期改善。在實施脊髓損傷數月后，由于單胺受體（5-HT 1的反常過量活性）損傷部位下方的脊髓處于慢性缺氧狀態。在周皮細胞上，盡管沒有單胺，這種單胺受體活性導致周細胞局部收縮毛細血管，從而將血流減少至缺血水平。在不存在單胺的情況下，受體活化是由異位表達芳香族-1-氨基酸脫羧酶（AADC）的周細胞產生痕量胺（例如色胺）造成的，后者直接從飲食氨基酸獲得。抑制單胺受體或AADC，甚至增加吸入氧，可使脊髓損傷后的運動神經和運動功能得到顯著緩解。上述這些研究結果表明，減輕慢性缺氧是一種有希望的SCI康復方法。在對老鼠脊髓液內的原位氧分壓測試采用了unisense光學氧電極測試完成的。由于unisense微電極尖端穿透脊膜方法造成較小的局部損壞，因此是一種較好的原位測試老鼠脊髓內氧分壓的方法，被醫學研究人員廣泛應用于動物組織內的氧分壓的原位測試。