柔脑膜侧支状态是卒中结果的独立预测因子。美国和日本的研究人员AtsushiKanoke等通过光学相干断层扫描血管造影术比较两种固有柔脑膜侧支化程度不同的小鼠品系（C57BL/6和Balb/C），确定了缺血性卒中后，侧支血流和下游血流动力学的时空动力学变化。在C57BL/6小鼠大脑动脉（MCA）闭塞后，立即检测到了强劲的软脑膜侧支血流补充，并在7天内持续扩张。相比之下Balb/C小鼠中几乎没有观察到侧支补充，同时梗塞面积更大、功能更差。此外卒中后，网状小动脉（PA）血流量减少了90%以上，Balb/C小鼠的血流量减少更大，恢复更少，毛细血管转运时间的异质性也更长。因此皮质卒中后，固有软脑膜侧支的范围会影响下游血流动力学，并对微血管床产生长期影响。
背景
Willis环（CW）和柔脑膜（leptomeningeal,LMA）血管网分别由初级和次级侧支通路构成。LMA侧支可能向大脑皮层表面提供双向动脉血液，连接大脑前动脉（ACA）与大脑中动脉（MCA）、大脑中动脉（MCA）与大脑后动脉（PCA），并在较小程度上连接ACA与PCA。当Willis环下游的大脑动脉突然闭塞时，LMA侧支来补充维持血液供应。大量证据表明，缺血性卒中后的LMA侧支化对卒中结果预测起关键作用。因此在急性缺血性卒中患者的治疗管理中，常通过神经影像技术评估侧支血流状态，该方案ESCAPE临床证实过并已经成为可靠的决策评估方法。已知年龄、血管风险因素和遗传都会影响侧支的发育和动态反应，但尚未完全确认影响脑血管侧支化的具体因素。
研究较充分的是遗传对固有侧支范围的影响，已被用于预测MCA卒中后的梗塞体积，通过同源图确定了Dce1（determinantofcollateralextent1）基因。将Dce1的等位基因导入Balb/C小鼠基因组中，使软脑膜侧支范围较野生型减少了83%，并以等位基因剂量依赖的方式恢复了脑血流量（CBF），减少了大脑中动脉闭塞（MCAO）后的梗塞体积，证实了缺血区域中固有侧支在决定脑血管灌注上的重要性。
尽管已知在急性缺血性卒中后，固有侧支循环与脑损伤严重程度存在一定的联系，但仍无法解释LMA侧支系统如何以暂时的方式补偿脑血流，如何影响下游小血管中的血液供应。之前许多临床前研究无法评估滋养动脉对缺血性区域的贡献，因为没有合适的方法，只能依靠评估整体血液灌注或验尸检查。本文假设LMA侧支范围减少以及先前存在的侧支直径变小会影响卒中后从软脑膜血管到微血管床的血液灌注，使用光学相干断层扫描血管造影术（OCTA）评估皮质脑血流动力学进行验证。使用2个固有LMA分支不同的小鼠品系C57BL/6和Balb/C，确定缺血性卒中后LMA吻合周围的时空动力学，描述并比较不同的侧支血流对下游网状小动脉和毛细血管血流的影响，以及对卒中结果的影响。
图1OCT系统及OMAG方法示意图。（a）nmSD-OCT系统。SLD：超发光二极管；PC：偏振控制器。（b）OMAG扫描方案。一个cluster中进行8个连续扫描，应用OMAG算法提取血流信息。（c）3DOMAG体积式enfaceMIP。（d）DOMAG算法获得速度B-frame。（e）从DOMAG数据产生的双向轴向速度图。颜色棒代表红细胞的轴向速度，流量下降为阴性呈绿色，流量上升为阳性呈红色。（f）皮质中下降的PA血流（顶部）和上升的小静脉流（底部）。（g）x-y平面的PA和小静脉血流信号。
结果
01-固有柔脑膜侧支循环是卒中后快速逆向血流募集的原因
为确定固有侧支如何在空间和时间上影响逆行血流，使用wildfieldDopplerOCT（DOCT）成像并量化远端大脑前动脉及大脑中动脉的血流。基线条件时，从近端（S3）到远端（S1）MCA分支检测流入速度梯度减少（图3a-c），但血管直径保持相对恒定（图3d）。dMCAO30min后，C57BL/6小鼠中观察到强劲的MCA逆流和连接远端MCA及ACA的侧支吻合，但Balb/C小鼠中没有（图3b）。dMCAO期间，C57BL/6小鼠中大部分临近ACA和MCA连接点的远端MCA小动脉的流速（图3a）显著减缓到基线值的56%和31%，Balb/C小鼠更甚，达到基线值的0.2%和1.7%。此后，C57BL/6小鼠中MCA小动脉更近端的流速和流量逐渐恢复，dMCAO后7天恢复了2-3倍（图3b、c和e）。相反，Balb/C小鼠中，直到dMCAO后7天，S1和S2中的流速、血管直径和流速没有显著恢复（图3c-e）。使用DOCT在远端MCA小动脉中评估不同品系在LMA血流恢复上的差异，使用激光多普勒血流仪（LDF）评估MCA区域rCBF的差异（图3F），并将二者相关联，表明侧支血流范围能够预测缺血区的整体血液灌注状态。
图3远端MCA闭塞后，C57BL/6小鼠从ACA快速补充逆行侧支血流，而Balb/C小鼠中没有。（a）大脑背面的软脑膜血管DOCT图像。插图为3个远端MCA分支及其相对位置。（b）C57BL/6和Balb/C小鼠DOCT图像，分别为基线、MCAO期间30min（dMCAO）、MCAO后24h、MCAO后7天（7d）。血液流向扫描探针束或ACA区域为红色，流向近端MCA的逆向血流为绿色。白色箭头表示MCA分支，这些分支接受来自ACA的逆行血流。（c）C57BL/6和Balb/C小鼠3个远端MCA段的血流速度柱状图；（d）血管直径柱状图；（e）流量柱状图。
02-Balb/C小鼠中，卒中引起的大脑中动脉区网状小动脉进一步加剧
使用DOCT确定逆行性软脑膜侧支血流如何影响下游网状小动脉（PA）中的血流，获得的enface流速图谱显示在图4a中。可见MCAO后30min，C57BL/6和BALB/C小鼠中MCA区域的总PA流量显著减少到约基线的13.7%和0.03%（图4a，b），与之前研究结论一致，即PA是大脑皮层循环的瓶颈。C57BL/6小鼠MCA区域的PA在dMCAO后7天内逐渐恢复到基线流量的49.3%，而同期间内Balb/C小鼠仅恢复到6.7%（图4b）。品系间总流量的差异体现在dMCAO期间PA的平均截面直径上（图4c）。两个品系在dMCAO期间的ACA区域检测到总血流减少，随后7天恢复，C57BL/6和Balb/C分别恢复到基线的72%和64%（图4e）。dMCAO期间及后7天，C57BL/6小鼠中MCA区域PA的最大流速显著大于Balb/C小鼠（图4d），而dMCAO期间ACA区域该趋势相反（图4g）。
图4卒中后Balb/C小鼠大脑中动脉区PA血流几乎耗尽，也几乎没有恢复。（a）在C57BL/6和Balb/C小鼠皮质表面下μm厚的组织板内，OMAG数据（上）和双向DOMAG数据（下）。（b-d）每个品系MCA中总流量、平均截面面积和最大轴向流速的动态变化。（e–g）ACA中的动态变化。
03-与C57BL/6小鼠相比，Balb/C小鼠在卒中后的毛细血管转运时间上表现出更大的异质性
评估并比较了不同品系间dMCAO后毛细血管转运时间的平均及空间分布。掩蔽直径大于15μm的血管后，OCTA测速获得的毛细血管的平均频率（MF）图显示出来（图5a）。从这些MF信号中推导出MCA和ACA区转运时间的空间分布特征，包括平均毛细血管转移时间（CTT）和毛细血管转运时间异质性（CTTH）（图2c）。Balb/C小鼠dMCAO后30min平均CTT增加，并在MAC区域CCAO逆转后持续了1h，但在ACA区域dMCAO期间及后1天都保持增加（图5b，d），品系间无显著差异。Balb/C小鼠中，卒中诱导的CTTH增加持续存在，而且MCA区域的增加在dMCAO期间较C57BL/6更显著（图5c，e），导致微血管阻力增加，卒中后氧摄取减少。Balb/C小鼠ACA区域的CTTH在dMCAO后也增加，但随后7天内恢复。不同品系在ACA区域的CTTH上无显著差异（图5e）。
图5卒中后，Balb/C小鼠毛细血管转运时间表现出更强的空间异质性。（a）皮质板中毛细血管平局频率图。Balb/C小鼠卒中后，CTT显著增加并持续到CCAO逆流以后，在（b）MCA和（d）ACA区域都是如此。卒中后CTTH增加，并在（c）MCA区域持续高着，或在（d）ACA区域中持续到dMCAO后1天。dMCAO期间Balb/C小鼠中CTTH增加较C57BL/6显著更多。
04-C57BL/6和Balb/C小鼠在脑血管上的遗传变异
为了确定缺血性卒中后固有LMA侧支的范围是否能帮助逆行血流补偿，分析了DiI标记的动脉造影图。基线时，C57BL/6小鼠ACA和MCA之间表现出明显更多的相互连接的LMA吻合侧支（图6a，b），与以前的研究结果一致。相比之下，Balb/C小鼠的P