脓毒症如何“偷袭”大脑？北理工吴胜男/海南大学周非凡揭示光声成像在脓毒症中的突破应用

脓毒症不只是“全身感染”，它还会悄悄攻击大脑即使没有直接脑部感染，患者也常出现意识模糊、谵妄甚至昏迷，这被称为脓毒症相关脑病。其关键原因之一，是脑血管和血脑屏障受损，导致大脑“防护墙”失守，毒素和炎症因子趁机入侵，引发神经损伤。

基于此，北京理工大学吴胜男、海南大学周非凡研究团队在《Photoacoustics》杂志发表了“Photoacoustic imaging detects cerebrovascular pathological changes in sepsis”揭示了光声成像检测脓毒症中的脑血管病理变化。

本研究采用光声显微成像技术动态评估脓毒症小鼠的血脑屏障通透性并通过五个参数分析血管结构。此外，作者检查了主要皮层区域的病理变化，并进行了行为学测试以验证研究结果。结果显示微血管退化，包括血管密度和分支减少，同时细血管数量增加。运动相关皮层区域受影响最严重，这与脓毒症小鼠严重的运动和认知缺陷相关。本研究首次提供了脓毒症诱导的脑血管病理的体内多参数分析，揭示了区域特异性损伤。作者的研究结果直接将微血管功能障碍与SAE进展联系起来，并突出了光声显微成像在神经科学研究中的潜力。

图一 盲肠结扎穿孔术（CLP）后24小时内激光散斑血流成像结果

脓毒症相关脑病是一种急性脑损伤，常伴随脑血流减少。作者在CLP建模后多个时间点进行激光散斑血流成像，发现CLP组小鼠在术后6小时脑血流量下降最明显，因此选择该时间点开展后续研究。

此时，小鼠不仅出现血脑屏障损伤，还表现出明显的全身炎症反应（IL-6、TNF-α显著升高）和肝肾功能异常（胆红素、转氨酶、尿素氮、肌酐均上升），说明CLP模型在6小时已成功模拟脓毒症早期的多系统紊乱。

这一时间点因而适用于研究脓毒症相关脑病的初始机制。

图二 CLP建模后6小时炎症细胞因子水平及肝肾功能评估

血脑屏障（BBB）由脑微血管内皮细胞、紧密连接蛋白、星形胶质细胞终足、周细胞和基底膜共同构成，是保护中枢神经系统的关键防线。在脓毒症中，BBB受损导致其通透性增加，使神经毒性物质渗入脑组织，引发神经元损伤和胶质细胞活化，进而触发神经炎症，成为脓毒症相关脑病及多器官功能障碍的核心环节。

为动态评估这一过程，作者在CLP术后6小时（即脑血流下降最显著的时间点）通过伊文思蓝（Evans Blue）结合光声成像，在560 nm波长下连续监测全脑BBB通透性。

结果显示：CLP小鼠在额叶和顶叶出现广泛伊文思蓝渗漏，表明BBB严重破坏；假手术小鼠的渗漏仅局限于颅缝区域（如冠状缝、矢状缝），这与脑膜血管系统在此处密度高、通透性本就较高有关。

该结果证实，脓毒症可导致全脑范围的血脑屏障功能障碍，远超生理性通透区域，为理解脓毒症脑病的早期病理机制提供了直观证据。

图三 假手术组与CLP组小鼠的运动及认知记忆表现

与这些发现相对应，血管形态学分析也显示M1/M2区域的变化最为显著，该区域血管密度和分支指数显著降低，孔隙率增加，弯曲度显著增加。这表明这些区域的微血管退化最为严重，血管面积明显减少，血管网络均匀性受损，血管分布呈现出明显更稀疏和更弯曲的特征。RSD区域显示出与M1/M2区域相似的趋势，弯曲度显著增加，但其他参数无明显变化。在V1/V2区域，血管密度有所下降但不显著，分支指数略有增加（这可能反映基于数据分布的个体差异），孔隙率和弯曲度均增加。总体而言，所有三个脑区均显示直径小于40微米的血管比例增加，直径大于60微米的血管比例减少，这与全脑微血管定量分析中观察到的趋势一致。为

了将主要脑区微血管病理分析结果与行为学表现相关联，作者采用旷场实验（VisuTrack，上海欣软）和新物体识别实验评估了CLP手术后5天脓毒症小鼠的运动功能和认知记忆能力。根据旷场实验结果，脓毒症小鼠在CLP手术后5天表现出显著的行为改变。

与假手术组相比，CLP组的运动速度和总移动距离显著降低，表明运动功能严重受损。此外，CLP组在中央区域停留的时间显著减少，表明探索行为和焦虑水平受到影响。这些结果证明脓毒症小鼠的运动能力和探索活动明显减弱，这可能与观察到的M1/M2脑区损伤相关。

根据新物体识别实验结果，脓毒症小鼠在CLP后5天表现出显著的认知功能障碍。与假手术对照组相比，CLP组的辨别指数和识别指数值显著降低，表明认知功能严重受损。识别指数反映小鼠探索新物体的时间占总探索时间的比例，从而捕捉小鼠对新事物的整体偏好。相比之下，辨别指数反映小鼠在新物体和熟悉物体上花费的时间差异，衡量动物的区分能力。结合RSD区域的病理变化来看，这些结果表明虽然脓毒症小鼠的认知功能显著受损，但损伤程度轻于运动缺陷。这一观察结果与相关脑区的微血管病理分析相符。

总结

本研究利用光声成像提供的高分辨率微血管网络图像，对脓毒症小鼠的脑血管病理进行了全面、多维度的定量分析并通过行为学实验验证了这些分析结果。尽管仍需进一步研究以确定脓毒症进展过程中区域特异性的脑血管病理变化，但基于光声成像的脑微血管区域分形分析已成为评估脓毒症进展和治疗效果的有前景的方法，为未来研究和临床应用提供了有价值的工具。

文章来源：

https://doi.org/10.1016/j.pacs.2025.100737

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原标题：《脓毒症如何“偷袭”大脑？北理工吴胜男/海南大学周非凡揭示光声成像在脓毒症中的突破应用》

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