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神经血管单元与系统性生物学在脑卒中中的意义——对转化与治疗的启示

期刊:Nature Reviews NeurologyDOI:10.1038/s41582-022-00703-z

这篇文档属于类型b,即一篇科学论文,但不是单一原创研究的报告,而是一篇综述文章。以下是该文档的学术报告:

作者及机构
本文的主要作者包括Steffen Tiedt、Alastair M. Buchan、Martin Dichgans、Ignacio Lizasoain、Maria A. Moro和Eng H. Lo。他们分别来自慕尼黑大学医院、牛津大学、德国神经退行性疾病中心、马德里康普顿斯大学医学院、西班牙国家心血管研究中心以及哈佛医学院等机构。该综述文章发表于《Nature Reviews Neurology》期刊。

主题
本文的主题是探讨缺血性中风(ischemic stroke)的神经血管单元(neurovascular unit, NVU)与系统生物学(systemic biology)之间的相互作用,并提出了将NVU概念扩展到包含其与系统生物学的动态交互的新框架。

主要观点及论据
1. 神经血管单元(NVU)的多细胞复杂性
NVU不仅包括神经元,还包括胶质细胞、血管细胞等多种细胞类型,如星形胶质细胞、周细胞、平滑肌细胞、内皮细胞、少突胶质细胞、小胶质细胞等。这些细胞通过复杂的信号网络相互作用,共同维持脑功能。中风的病理生理机制涉及这些细胞的功能失调和死亡,以及它们之间信号传递的紊乱。NVU的概念最初由美国国立卫生研究院(NIH)在2001年提出,并在中风研究中产生了深远影响。
支持证据:文中引用了多项研究,表明在局灶性脑缺血中,星形胶质细胞通过线粒体转移增强神经元存活,而在缺血-再灌注损伤中,微血管壁是氧和氮自由基的主要来源,导致周细胞收缩和微血管通畅性下降。

  1. NVU与系统生物学的双向交互
    传统观点认为中枢神经系统(CNS)是一个与身体其他部分隔离的“特权”区域,但现代研究表明,CNS与身体其他部分在健康和疾病中具有强烈的双向交互。例如,受伤的脑可以诱导心脏改变,并释放信号激活和招募外周免疫细胞。相反,外周疼痛和肠道炎症可以诱导血脑屏障(BBB)的改变,肺部感染可以触发神经元tauopathy。此外,肠道微生物群也通过代谢物和信号分子影响脑功能,例如在阿尔茨海默病中,微生物群似乎调节认知障碍的进展。
    支持证据:文中引用了多项研究,表明脑-体信号不仅限于宿主,肠道微生物群通过短链脂肪酸(SCFAs)等代谢物影响脑功能。

  2. NVU的时间依赖性机制
    中风后,NVU的细胞间机制随时间变化,影响中风的结果。例如,在急性中风期间,内皮和胶质基质金属蛋白酶(MMPs)积累并破坏BBB,但在后期,这些蛋白酶对神经发生和血管重塑至关重要。此外,中风后的炎症反应也随时间演变,例如小胶质细胞表型从促恢复转变为促损伤。NVU的概念因此被细化,以认识到神经-胶质-血管信号的双相性质,即在急性损伤阶段主要是有害的,而在慢性恢复阶段则是有益的。
    支持证据:文中引用了多项研究,表明中风后的炎症反应和BBB功能随时间变化,影响中风的结果。

  3. NVU与系统生物学的扩展框架
    本文提出了将NVU概念扩展到包含其与系统生物学的动态交互的新框架。这一扩展框架不仅包括NVU内部的细胞间信号,还包括NVU与系统代谢、外周免疫系统、肠道微生物群等的交互。此外,年龄、温度和昼夜节律等内部和外部因素也深刻影响NVU与系统生物学的交互。这一扩展框架有望为中风病理生理学提供新的机制解释,并改善中风护理。
    支持证据:文中引用了多项研究,表明NVU与系统代谢、免疫系统和微生物群的交互在中风病理生理学中起重要作用。

  4. NVU与系统生物学的潜在治疗靶点
    通过扩展NVU概念,本文提出了多个潜在的治疗靶点,包括调控系统代谢、免疫系统和微生物群的干预措施。例如,调控血糖代谢、抑制mTOR信号通路、精确的营养支持(包括个性化热量摄入)等策略可能改善中风结果。此外,调节免疫细胞亚群和肠道微生物群的干预措施也可能成为新的治疗方向。
    支持证据:文中引用了多项研究,表明调控系统代谢和免疫系统的干预措施在中风治疗中具有潜力。

意义与价值
本文通过扩展NVU概念,提出了一个更全面的中风病理生理学框架,强调了NVU与系统生物学的动态交互。这一框架不仅有助于解释以往翻译研究的失败,还为中风护理提供了新的生物标志物和治疗靶点。通过整合系统生物学,本文为未来的精准医学在中风治疗中的应用提供了理论基础。此外,本文还强调了年龄、温度和昼夜节律等因素在中风病理生理学中的重要性,为未来的研究提供了新的方向。

总结
本文是一篇关于中风病理生理学的综述文章,提出了将神经血管单元(NVU)概念扩展到包含其与系统生物学的动态交互的新框架。通过详细探讨NVU与系统代谢、免疫系统和微生物群的交互,本文为中风病理生理学提供了新的机制解释,并为未来的精准医学在中风治疗中的应用提供了理论基础。

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