神经元活动需要血液供应氧气和葡萄糖，因此局部脑血流在数秒到数分钟内迅速增加，这种功能性充血对于大脑能量代谢至关重要。在注意力障碍、老年性痴呆、脑卒中等疾病中存在功能性充血障碍。

星形胶质细胞钙离子水平升高引起动脉扩张，最终可引起功能性充血。离子通道型谷氨酸受体NMDAR是功能性充血的关键参与者：突触产生NMDAR依赖性一氧化氮，可快速引起血管舒张。

2022年12月22日加拿大卡尔加里大学卡明医学院Grant R. Gordon团队揭示了星形胶质细胞钙离子活性可促进局部脑血流，为神经元活动提供能源。

双光子钙成像实验发现短暂的胡须感觉刺激下（5秒）下皮层血管迅速扩张，而在持续胡须刺激（30秒）下皮层血管直径在5秒内迅速增加，随后降低，逐渐增加，呈双峰反应模式，与此同时星形胶质细胞的分支和脚板区域钙离子活性增强。

图1：持续性感觉刺激引起功能性充血和星形胶质下拨钙离子活性增加

研究人员进一步利用病毒载体工具抑制星形胶质细胞钙离子活性并不影响短暂的胡须感觉刺激引起的功能性充血过程，然而却能够明显抑制持续胡须刺激引起的皮层功能性充血。

图2：抑制星形胶质细胞钙离子活性减弱功能性充血

通过化学遗传学方法在短暂的胡须感觉刺激下慢性激活星形胶质细胞钙并不影响其功能行充血过程，能够明显促进持续胡须刺激引起的功能性充血，这些结果表明星形胶质细胞钙离子活性在持续性感觉刺激引起的功能性充血过程中发挥关键作用。

NMDAR拮抗剂并不影响短暂胡须刺激引起的星形胶质细胞钙离子活性的增加，也不影响血管扩张，但明显降低长期胡须刺激引起的星形胶质细胞钙离子活性的增加，同时功能性充血作用也减弱。尽管NMDAR拮抗剂能够明显抑制神经元活性，但在持续性感觉刺激早期和后期阶段神经元活性的抑制强度并没有差异，表明并不是由于神经元活性降低引起的星形胶质细胞钙离子活性的降低。

图3：NMDAR参与星形胶质细胞钙离子依赖的功能性充血

已有研究表明星形胶质细胞产生的环-二十碳三烯酸调控功能性充血过程。环-二十碳三烯酸是花生四烯酸的代谢产物，可激活血管平滑肌细胞上的钾离子通道舒张血管。环氧化酶抑制剂并不影响短暂胡须刺激引起的功能性充血，明显阻断在持续性感觉刺激引起的功能性充血。

本文发现在皮层功能性充血过程中星形胶质细胞钙离子活性增强，抑制钙离子活性后功能性充血功能减弱，增强钙离子活性后促进功能性充血，NMDAR介导了星形胶质细胞钙离子依赖的功能性充血。

原始出处：

Institoris， A.， Vandal， M.， Peringod， G. et al. Astrocytes amplify neurovascular coupling to sustained activation of neocortex in awake mice. Nat Commun 13， 7872 (2022). https：//doi.org/10.1038/s41467-022-35383-2.