《NeuroImage》：Longitudinal comparison of adaptive neuroplasticity in two rat models of unilateral vestibulopathy by dual-tracer [18F]FDG and [18F]UCB-H PET
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急性单侧前庭病变可导致眩晕、眼球震颤和姿势失衡，其症状恢复依赖于中枢性前庭代偿机制。为深入比较损伤诱发神经可塑性的差异机制，研究人员采用纵向[18F]FDG（功能可塑性）与[18F]UCB-H（突触密度）双示踪剂PET技术，在完全性单侧前庭神经切断（UVN）与不完全性化学性单侧迷路切除（cUL）两种大鼠模型中进行了为期数周的追踪研究。结果显示，虽然功能可塑性相似，但UVN模型在突触密度层面的结构性重组更为显著，表明SV2A成像在描绘细微的损伤后适应性神经可塑性机制方面更具敏感性，为评估急性前庭疾病的中枢可塑性提供了新方法。
你是否想过，身体失去平衡、天旋地转的感觉从何而来？头晕目眩是一种常见的恼人症状，其背后一个重要元凶是“单侧前庭病变”，即一侧负责平衡感知的前庭系统出了问题。无论是由于病毒感染的神经炎（前庭神经炎），还是内耳的炎症（迷路炎），都会导致急性眩晕、眼球震颤和站立不稳。然而，神奇的是，绝大多数患者能随着时间推移逐渐恢复，这要归功于大脑强大的自我修复与适应能力，即“中枢性前庭代偿”。然而，一个悬而未决的科学谜题是：导致前庭系统受损的“伤口”位置和严重程度不同——是在神经纤维本身（节后完全损伤），还是在感觉细胞（节前不完全损伤）——会不会触发大脑内部不同的修复“施工图”和“时间表”？为了解答这个问题，来自德国慕尼黑大学的研究团队开展了一项精细的动物实验，其研究成果发表在了神经影像学领域的权威期刊《NeuroImage》上。
研究人员为揭示不同损伤模式如何影响大脑的“重塑”，采用了两种经典的大鼠模型进行对比。一种是“单侧前庭神经切断（UVN）”，通过手术切断连接内耳与脑干的神经，模拟一种完全的、结构被破坏的节后传入神经阻滞。另一种是“化学性单侧迷路切除（cUL）”，通过向中耳注射耳毒性药物破坏内耳的感觉毛细胞，但保留神经结构的相对完整，模拟一种不完全的、功能丧失的节前损伤。这两种方法都能在大鼠身上诱发典型的急性前庭症状，如原地打滚、头部倾斜和眼球快速摆动。研究的核心在于，利用先进的分子影像学技术——正电子发射断层扫描（PET），对大脑的修复过程进行“现场直播”。他们采用了独特的“双探针”策略：注射[18F]氟代脱氧葡萄糖（[18F]FDG）来追踪脑区葡萄糖代谢的变化，以此反映神经元的功能活动水平（功能可塑性）；同时，注射一种新型示踪剂[18F]UCB-H，它能特异性地结合到突触小泡蛋白2A（SV2A）上，从而“数出”突触的密度，直观显示大脑的结构性改变（结构可塑性）。研究共使用了24只雄性斯普拉格-杜勒大鼠，分为UVN和cUL两组。在长达九周的实验周期里，研究人员每周评估动物的行为恢复情况（如临床评分和旷场行为），并按照既定时间点（如术后第1天及第1、2、3、4周进行[18F]FDG PET扫描；在基线、术后第1、3、9周进行[18F]UCB-H PET扫描）对大脑进行成像，从而纵向、全面地描绘了从急性损伤到长期代偿过程中，大脑功能与结构网络的动态演变图景。
1. 全脑体素分析结果
通过对全脑图像的精细分析，研究人员发现：
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[18F]FDG代谢变化：两种模型的大鼠，其损伤同侧的前庭核团（VN）葡萄糖代谢在术后均显著降低。虽然从图像上看，UVN组的代谢降低似乎更明显且持续时间更长，但当直接比较两组时，这种差异并未达到统计学上的显著性。这表明，在反映大脑整体功能活动的层面上，两种损伤模型诱导的代偿机制是相似的。18F]FDG摄取的减少。">
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[18F]UCB-H突触密度变化：与代谢变化形成鲜明对比的是，在反映突触密度的[18F]UCB-H成像上，两组出现了显著差异。UVN组在损伤同侧的前庭核及小脑区域，表现出更严重且持续的突触密度丢失，这种丢失在术后第1周就非常显著，并一直持续到第9周。而cUL组的突触丢失则轻微得多，且主要在后期（第9周）才显现。直接组间比较证实，UVN组在前庭核和小脑的[18F]UCB-H摄取显著低于cUL组。
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皮层与基底节区的上调：除了脑干区域的“下调”，研究还发现了大脑高级感觉运动区域的“上调”。[18F]FDG成像显示，在术后早期（特别是第1天），UVN组在丘脑、基底节、体感皮层和运动皮层的代谢活动比cUL组更强。而[18F]UCB-H成像则显示，这些区域的突触密度在UVN组也出现了更显著且持久的增加，尤其是在运动皮层和纹状体。18F]FDG摄取和B)突触密度的增加。">
2. 特定脑区定量分析结果
通过对36个与前庭和感觉运动相关脑区的定量数据分析，结果进一步细化了上述发现：
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前庭核：在术后第1天，UVN组损伤侧前庭核的[18F]FDG摄取显著低于cUL组。更重要的是，在突触密度上，UVN组损伤侧前庭核从第1周起就出现显著下降（超过5%），并持续至第9周，而cUL组在损伤对侧前庭核的类似下降直到第9周才出现。
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感觉运动皮层与基底节：UVN组在皮质区域（如前额叶皮层、额叶联合皮层）和基底节（如纹状体）表现出了更显著和持续的突触密度增加。一个关键的相关性分析发现，在UVN组中，第9周时损伤侧前庭核的突触密度损失，与同侧运动皮层的突触密度增加呈强烈的负相关。这意味着，脑干水平的突触丢失越严重，运动皮层水平的代偿性突触增加就越明显。这种“下损上补”的联动模式在cUL组中并未出现。
3. 行为学测试结果
在行为恢复层面，两种模型大鼠表现出基本相似的代偿动力学。它们都经历了急性症状（如桶状翻滚、头倾斜），并在数周内逐渐恢复。开放旷场测试显示，两组动物的运动速度、静止时间等指标在术后早期均受影响，随后恢复，组间无显著差异。主要的细微差别在于，cUL组在术后第2天出现了一个临床症状的“次高峰”，而UVN组在术后头两天的眼球震颤（nystagmus）明显更轻微或缺如。
研究结论与重要意义
本研究通过创新的双示踪剂纵向PET成像，系统比较了节前（cUL）与节后（UVN）单侧前庭损伤模型中大脑适应性神经可塑性的时空轨迹，得出了几个关键结论：
首先，尽管损伤机制不同（完全性神经切断 vs. 不完全性毛细胞破坏），但两者诱发的急性前庭症状相似，且行为恢复的动态过程基本一致。相应的，反映大脑整体功能活动的[18F]FDG代谢变化在两组间也表现出相似的空间模式，尤其是在术后2-4周。这表明，中枢前庭代偿所依赖的脑网络（包括小脑、丘脑、感觉运动皮层等）是相对保守的，能够通过类似的“功能重塑”通路来应对不同的外周损伤。
然而，本研究的突破性发现在于，利用SV2A示踪剂[18F]UCB-H进行的“突触密度成像”，揭示了隐藏在相似功能表象下的结构性差异。UVN（完全性损伤）导致了更显著和持久的突触丢失，尤其是在损伤同侧的前庭核和小脑区域。与此同时，UVN组在丘脑、基底节及感觉运动皮层等高级脑区，也诱发了更强烈的代偿性突触增加。这种“下损上补”的模式，特别是前庭核突触丢失与运动皮层突触增加之间的强负相关性，仅在UVN组中出现。这提示，UVN造成的神经结构彻底中断，可能通过瓦勒氏变性（Wallerian degeneration）等过程，产生了更强的“驱动压力”，迫使大脑在更高级的感觉运动中枢进行更大幅度的“结构性重组”以替代缺失的前庭输入。
因此，该研究的核心意义在于指出：与传统反映代谢的功能成像（[18F]FDG PET）相比，突触密度成像（[18F]UCB-H PET）是一种更敏感的工具，能够揭示在行为表型和基础代谢层面相似的不同损伤模型中，其内部结构性神经可塑性机制的细微但重要的差异。 这为理解外周神经损伤后大脑的精确修复机制提供了新的视角。研究者总结道，[18F]UCB-H PET不仅在描绘突触丢失（如神经退行性疾病）方面有价值，也能有效捕捉到与学习和适应相关的突触增加，拓展了其在脑可塑性研究中的应用前景。未来，这项技术有望用于评估急性前庭疾病患者的中枢可塑性潜力，从而预测其长期康复结局，具有重要的临床转化价值。
