縦断的マルチモーダルfMRIによる自然発症高血圧ラットの神経血管の変化を調べた

Longitudinal Multimodal fMRI to Investigate Neurovascular Changes in Spontaneously Hypertensive Rats.

• Andrew Crofts
• Melissa Trotman-Lucas
• Justyna Janus
• Michael Kelly
• Claire L Gibson

抄録

高血圧は、加齢に伴う認知機能の低下や神経病理の重要な危険因子である。これまでの研究では、高血圧、神経血管結合や脳の自己調節の破綻、認知機能の低下との間に相関関係があることが示されている。しかし、その背景にあるメカニズムは明らかにされていない。このことをさらに理解するためには、げっ歯類モデルを用いて高血圧の進行に伴う神経血管結合を研究することが有効である。ここでは、縦断的機能MRI（fMRI）プロトコールを用いて、高血圧が自然発症高血圧ラット（SHR）の神経血管結合に及ぼす影響を評価した。8匹の雌SHRを生後2ヶ月、4ヶ月、6ヶ月の時点で、高血圧の進行に応じて研究した。プロポフォールを静脈内投与し、fMRI、機能的MR分光法、脳血流（CBF）の定量化を行い、神経血管結合の経時的変化を調べた。血圧は4ヶ月齢と6ヶ月齢で有意に上昇した（P < 0.0001）。高血圧の急性期である生後4ヶ月でCBFが有意に増加した（P < 0.05）。活性領域の大きさは、生後6ヶ月で有意に減少した（P＜0.05）。活性化中のグルタミン酸シグナルの変化、N-アセチルアスパラギン酸（NAA）シグナルは一定であった。この研究は、急性高血圧症では脳の自己調節が障害されているが、血中酸素濃度依存性（BOLD）応答は後の段階まで変化しないことを示している。この段階では、一貫したNAAとグルタミン酸のシグナルは、神経細胞死が発生していないことを示しており、この段階では神経細胞の活動に影響はないことを示している。このことは、神経細胞の活性と生存能力はかなり後の段階まで失われておらず、ここで観察されたBOLD活動の変化は血管の影響によるものであることを示唆している。

Hypertension is an important risk factor for age-related cognitive decline and neuronal pathologies. Studies have shown a correlation between hypertension, disruption in neurovascular coupling and cerebral autoregulation, and cognitive decline. However, the mechanisms behind this are unclear. To further understand this, it is advantageous to study neurovascular coupling as hypertension progresses in a rodent model. Here, we use a longitudinal functional MRI (fMRI) protocol to assess the impact of hypertension on neurovascular coupling in spontaneously hypertensive rats (SHRs). Eight female SHRs were studied at 2, 4, and 6 months of age, as hypertension progressed. Under an IV infusion of propofol, animals underwent fMRI, functional MR spectroscopy, and cerebral blood flow (CBF) quantification to study changes in neurovascular coupling over time. Blood pressure significantly increased at 4 and 6 months (P < .0001). CBF significantly increased at 4 months old (P < .05), in the acute stage of hypertension. The size of the active region decreased significantly at 6 months old (P < .05). Change in glutamate signal during activation, and N-acetyl-aspartate (NAA) signal, remained constant. This study shows that, while cerebral autoregulation is impaired in acute hypertension, the blood oxygenation-level-dependent (BOLD) response remains unaltered until later stages. At this stage, the consistent NAA and glutamate signals show that neuronal death has not occurred, and that neuronal activity is not affected at this stage. This suggests that neuronal activity and viability is not lost until much later, and changes observed here in BOLD activity are due to vascular effects.

© 2020 The Authors. Journal of Neuroimaging published by Wiley Periodicals LLC on behalf of American Society of Neuroimaging.