Cell：新研究揭示哺乳动物大脑如何根据需要增加血液供应

来源：100医药网 2025-07-24 12:10

分析结果显示，大脑通过脑血管内皮细胞迅速传递特定区域需要更多血液的需求。

一整天，我们的大脑都在执行复杂且耗能的任务，如记忆、解决问题和做出决策。为了在供应这些任务所需能量的同时节约这一宝贵资源，大脑进化出了一种系统，使其能够迅速且高效地将血液仅输送至当前最需要供血的区域。这一系统对大脑功能和整体健康至关重要，但其具体运作机制一直是个谜。

如今，在一项新的研究中，哈佛医学院研究人员领衔的一个研究团队揭示了大脑如何实时将血液输送到活跃区域的新细节。在小鼠实验中，他们发现大脑利用内壁的特殊通道来沟通需要血液的地方。相关研究成果发表于《细胞》杂志。

论文共同第一作者、哈佛医学院布拉特尼克研究所神经生物学研究员Luke Kaplan说道， 这项研究帮助我们理解如何在有用的时间尺度上将至关重要的血液供应输送到大脑的正确区域。

若在动物和人类的进一步研究中得到证实，这些发现或可用于更好地理解功能性磁共振成像（fMRI）等脑成像测试的结果。这些见解还可能推动对神经退行性疾病的理解，因为在这些疾病中，这种沟通系统常常失效，导致认知问题。

一个长期存在的机制谜题

19世纪末，意大利医生 Angelo Mosso在一名颅骨缺陷患者身上观察到一个有趣现象：该患者大脑部分区域因颅骨缺损而暴露在外。当患者生气时，暴露的部分区域会瞬间充血 这暗示了大脑活动与血液流动之间的关联。

一个世纪后，这一关联成为fMRI的基础。fMRI是一种脑部扫描技术，通过测量不同区域的血液流动变化来间接反映神经活动，尤其在个体执行不同任务时。

大脑是人体能量消耗最高的器官之一，尽管仅占身体重量的2%，却消耗了全身20%的总能量。论文通讯作者、哈佛医学院神经生物学教授Chenghua Gu解释道，为了保持能量平衡，大脑必须高度高效：它会迅速将血液流向最需要供血的区域。

尽管不同物种的大脑能量消耗比例因器官复杂性而异，但Gu 指出，在大多数哺乳动物中，大脑都是一个高能量消耗的器官。论文共同第一作者、Gu实验室的博士生Trevor Krolak说道， 存在一种优雅的进化机制，能够根据需求在大脑中分配血流，但我们并不了解其具体运作方式。

Kaplan指出，这种血液分配过程在神经退行性疾病中会恶化，而理解其内在机制可能带来新见解。他说， 如果我们不知道这种系统在生物学层面上是如何运作的，我们就不知道在它出问题时该如何修复它。

揭示一种细胞传导高速公路

为了理解不同大脑区域活跃时分子层面的变化，研究人员在小鼠身上进行了一系列实验。他们的分析结果显示，大脑通过脑血管内皮细胞迅速传递特定区域需要更多血液的需求。此外，他们观察到，这些血管内皮细胞通过所谓的间隙连接（gap junction） 连接相邻细胞的微小通道 以极快的速度和效率进行沟通。他们还识别出两个对这一通信通路功能至关重要的基因。Krolak说道， 大脑本质上利用其血管内壁作为广泛且协调的信号传导高速公路。

通过这种方式，大脑能够协调哪些血管需要扩张或收缩，以在正确的时间将血液输送到正确的位置。Gu说道， 这些发现帮助我们理解大脑如何将血液流向确切需要的地方，从而使其能够高效利用有限的能量供应。

其他类型的细胞也通过间隙连接相连，而间隙连接基因的突变已被发现与心脏疾病、耳聋和其他疾病有关。因此，研究人员指出，这些新发现为进一步研究整个身体中的细胞如何利用这些连接进行沟通打开了大门。

Gu说道，由于哺乳动物的大脑血管结构高度保守，该系统很可能在人类中同样存在。如果这些发现确实适用于人类，这可能改善对fMRI的，因为fMRI依赖于血液流动与神经活动之间的关联。

越来越多的证据表明，血液供应的调节对大脑健康至关重要 而在某些神经退行性疾病中，这一机制开始失调。研究人员希望他们的发现能揭示神经变性期间大脑中发生的改变。

Gu说道， 如今我们弄清楚了这种机制。我们想把我们的知识应用到了解疾病和开发治疗方法上。 （100yiyao.com）

参考文献：

Trevor Krolaket al, , Cell (2025). DOI: 10.1016/j.cell.2025.06.030.

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