阿尔茨海默症（Alzheimer’s disease，AD）是一种严峻的中枢神经体系退行性疾病，临床上缺少可以有用推迟或反转疾病进程的药物及干涉手法，严峻危害老年人的身体健康和生活品质，给家庭和社会带来巨大担负。AD的发病机制一向存在胆碱能残缺、β-淀粉样蛋白级联反响、Tau蛋白过度磷酸化等多种假说，但是针对这些假说研制的单一效果机制的药物没有取得抱负的临床效果，提示人类对AD发病机制的知道仍然存在极大限制，亟需探究新的打破手法。
我国科学院上海药物研讨所蒋华良、高召兵和章海燕三个课题组协作，展开AD发病机制和抗AD药物相关研讨。近期，在《国家科学谈论》（National Science Review）宣布了题为High-resolution mapping of brain vasculature and its impairment in the hippocampus of Alzheimer’s disease mice 的研讨论文，报导了首个转基因AD模型小鼠的高精度全脑血管网络图谱，成果显现AD模型小鼠脑内特别是海马区的血管体系显着受损，提示血管损害在AD病理过程中的重要性之前远未充分知道，为展开高效AD医治药物及干涉手法指出了新的方向。
全脑血管网络的构筑尤其是微循环体系的高精度解析是取得这项研讨成果的前提条件。在此之前，完成全脑标准高分辨率成像、低信噪比印象数据增强、高空间复杂度三维图画数据的可视化和量化剖析等方面仍然面对许多应战。在该项作业中，研讨团队使用华中科技大学教授骆清铭团队展开的原创MOST技能，初次在0.35 × 0.35 × 1.00微米分辨率水平上获取了APP/PS1转基因AD模型小鼠（Tg-AD）的全脑数据集，再使用团队自己展开的算法对预处理后图画进行优化，构建了包含从直径几十微米的大血管到小于2微米的毛细血管的完好小鼠全脑跨标准3D血管图谱（图1和视频1）。经过体系定量剖析AD模型与野生型小鼠的脑血管网络，发现在AD模型小鼠中海马血管的均匀血管直径、血管体积分数（单位体积安排内的血管容积）均显着下降。进一步对海马不同亚区的比较剖析提醒了齿状回分子层（DG-ml）的均匀血管直径、血管长度密度（单位体积安排内的血管长度）及血管体积分数的下降程度最为显着（图2）。此外，对单枝血管分支形式的量化剖析成果阐明，除了血管的变细、削减外，AD模型小鼠血管分支视点显着变小，导致单枝海马血管的血液灌注面积削减。选用研讨团队创始的虚拟血管内窥技能，该研讨还进一步提醒了AD模型与野生型小鼠在血管管腔内壁粗糙度、分支节点滑润度上均有显着差异（见图3和视频2）。上述研讨成果证明了脑血管体系以及海马微循环在AD病理过程中的重要人物。
为展开此项研讨，上海药物所组建了包含计算机图画处理、神经药理学、药物研制等多专业布景的交叉学科研讨团队，聚集微血管高精度图谱的构建与剖析，展开了针对冠状面数据进行布景校正、噪声按捺、比照度增强的高效图画优化算法，搭建了快速高精度三维烘托、微结构形状学量化剖析软硬件渠道，完成了TB等级规划（万亿字节，20000×30000×12000Voxels）的三维图谱数据发掘。
研讨团队经过对2月龄的野生型小鼠的全脑血管网络量化剖析后发现，在不超越0.2立方厘米的脑安排中居然散布着总长超越300米的杂乱血管网络，而且不同脑区的血管散布规则及形状特征也存在显着的差异。此外，与皮层、丘脑等脑区比较，海马的均匀血管直径、血管长度密度、血管体积分数均最低。经过对完好海马血管的高精度可视化，发现整个海马的横行血管垂直于海马纵轴呈耙式平行散布。此外，海马齿状回分子层的首要血管从上级主血管分出后直径急剧下降，在分支视点上也挨近直角（图1）。这种出现出来的共同的梳状血管分支形式，显着不同于其他海马亚区血管的逐渐分级的分支形式。海马齿状回分子层血管特别的分支形式或许会引起其更简单遭到损害，这也与AD模型小鼠齿状回分子层均匀血管直径、血管长度密度及血管体积分数的下降程度相吻合。
该研讨中展开的高分辨率跨标准的可视化及定量剖析才能不只适用于小鼠脑血管研讨，还可用于其他具有更大空间标准的大鼠、猴以及人类的脑血管研讨，有助于跨标准归纳剖析脑相关疾病和血管体系损害的相关性。
该研讨得到上海市市级科技严重专项《全脑神经联接图谱与克隆猴模型方案》、国家杰出青年科学基金、中科院青年立异促进会等的赞助。华中科技大学教授骆清铭、龚辉和副教授李向宁对该作业给予了辅导和建设性的定见。
图1. 正常C57BL/6小鼠全脑及海马血管散布。（A）正常C57BL/6小鼠全脑血管可视化；（B）经海马冠状面血管网络的最大值投影（用色彩表明血管体积密度）；（C）右侧海马血管构筑显现等距离的海马血管呈耙式散布；（D）垂直于海马纵轴的截面显现海马横行血管的走势。
图2. 野生型与AD模型小鼠的海马血管可视化与定量剖析比较。（A-B）WT及Tg-AD小鼠右侧海马及其附近脑区血管网络的可视化重建。右上角的脑概括图上的两条虚线表明A- B中重建血管的方位。（C）WT与Tg-AD小鼠在四个海马亚区的均匀直径、体积分数、长度密度的比较。
图3. WT小鼠(A)和Tg-AD小鼠(B)的单枝海马血管的虚拟血管内窥图画比照
我国生物技能网诚邀生物范畴科学家在咱们的渠道上，宣布和介绍国内外原创的科研成果。
本大众号由我国科学院微生物研讨所信息中心承办
