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2025年11月12日，NEURON期刊在線發表題為“Globally patterned locus coeruleus-norepinephrine neuron-pericyte coupling orchestrates brain-wide vascular dynamics”的研究論文。該工作由中國科學院腦科學與智能技術卓越創新中心（神經科學研究所）杜久林研究團隊完成。研究揭示，作為調節大腦覺醒狀態的重要神經樞紐，藍斑去甲腎上腺素能（locus coeruleus-norepinephrine,LC-NE）神經元在全局腦血流調節中扮演“司令部”角色，通過驅動具有特定時空模式的周細胞活動，統籌協調全腦范圍的血流分配。

穩定而充足的血流供應對維持大腦正常功能與內環境穩態至關重要。在局部層面，神經元活動可引起局部血管舒張與血流增加，此過程被稱為神經血管耦合（neurovascular coupling,NVC）。 經過二十多年的深入研究，科學家對NVC在局部腦血流調節中的作用與機制已有較為系統的認識。隨著大規模神經元活動記錄技術的發展，研究發現即使是簡單的感覺信息處理或行為也能引起全腦范圍廣泛的神經元激活。然而，受限于大范圍、高時空分辨率成像技術，全腦尺度上血流調節機制仍不清楚。因此，本研究致力于探索大腦如何在全局水平上調節血流，以實現有限資源在不同腦區之間的合理調配。

斑馬魚幼魚全腦透明且尺寸小，適于長時程、大范圍的在體成像與細胞水平的觀察，為全腦血流調節機制研究提供了理想模型。杜久林研究團隊在前期工作中，建立了在在體斑馬魚上研究大腦血管網絡發育及其神經調節的實驗體系，揭示了腦血管網絡的形成規律及其優化機制（PLoS Biology 2012,10:e1001375,doi: 10.1371/journal.pbio.1001374），發現了大腦血管網絡形成過程中內皮細胞入腦路徑選擇的分子機制（Neuron 2020,108:180-192,doi: 10.1016/j.neuron.2020.07.025），闡明了包裹腦血管外壁的周細胞入腦的調控機制（Cell Reports 2024,43:113652,doi: 10.1016/j.celrep.2023.113652）。

本工作則在上述基礎之上，研究團隊通過對多種神經與血管細胞類型進行全腦在體成像，觀察到覆蓋于血管外壁的周細胞展現出全腦范圍內、具有血管層級特異性的時空活動變化，且在時程上跟隨LC-NE神經元的活動，即LC-NE神經元-周細胞耦合（LC-NE neuron-pericyte coupling,LPC）現象。結合光/化學遺傳學、雙光子損毀、藥理學干預、全腦血流模擬及行為學等多種技術手段，研究團隊進一步發現，LC-NE神經元通過其釋放的去甲腎上腺素（NE）以及經由放射狀膠質細胞中繼的間接途徑，協同作用于毛細血管周細胞（capillary pericytes,CPs）和毛細血管前小動脈周細胞（arteriole-end pericytes,AEPs），共同導致具有時空特征的全腦范圍周細胞的激活。伴隨局部NVC的發生，LPC引起相對延遲的全局血管收縮，這一方面加速了全腦血管網絡重置，另一方面通過促進腦區間血流調配增強局部NVC的血流變化，從而更高效地滿足代謝需求。

該研究系統解析了由LC-NE能神經元-膠質細胞-周細胞-血管協同的全局腦血流調配機制，揭示了協調全腦血流動態的生理意義，并提示大腦可通過LC-NE系統，協調大腦血管網絡和神經網絡的功能狀態。

中國科學院腦智卓越中心杜久林研究員和博士畢業生孫樂為該論文的共同通訊作者，孫樂博士和腦智卓越中心彭小蘭博士為該論文的共同第一作者。腦智卓越中心訾化星、張朕坤、龔雨晨、李佳、朱宇齊、楊以清及上海交通大學曹核威在研究中作出相應貢獻。上海交通大學胡丹教授、腦智卓越中心王凱研究員為該工作提供了重要指導。該研究得到國家基金委、上海市和中國科學院相關基金的資助。

LC-NE神經元-周細胞耦合（LPC）的工作機制

圖A：全腦血管網絡（紅色）和周細胞（綠色）分布

圖B: LC-NE神經元通過直接釋放NE與膠質細胞中繼的間接作用，實現對全腦周細胞的調節

聯系人:孫樂（lsun@ion.ac.cn）