谷氨酸受体介导蛛网膜下腔出血对人类新皮质网络、膜电位及动作电位爆发的调控作用

《Communications Biology》：Subarachnoid hemorrhage mediates human neocortical network, membrane potential, and action potential bursting via glutamate receptors

本研究针对蛛网膜下腔出血(SAH)急性期直接神经元影响机制不明的临床难题，通过将SAH患者脑脊液(SAH-CSF)作用于人新皮质切片，首次发现SAH-CSF可通过谷氨酸受体显著增强群体神经元活性、使膜电位去极化并诱发动作电位爆发或去极化阻滞，且该现象可被谷氨酸受体拮抗剂KYNA完全阻断，为SAH急性期治疗提供了新的靶点方向。

　　

当致命的蛛网膜下腔出血（SAH）发生时，大脑瞬间被卷入一场分子风暴。这种神经系统急症以其高致死率和致残率著称，但最令人困扰的是，我们对出血后急性期神经元究竟发生了什么变化知之甚少。传统的动物模型虽然提供了宝贵线索，但物种差异使得这些发现难以直接应用于人类。更关键的是，由于伦理和技术限制，科学家们一直难以直接观察SAH对人类脑组织的即时影响，这成为阻碍治疗突破的重要瓶颈。

为了揭开这一谜团，来自国立台湾大学的研究团队独辟蹊径，他们利用脑肿瘤手术中获取的人新皮质组织，建立了一个独特的研究平台。这项开创性工作发表于《Communications Biology》，首次直接揭示了SAH患者脑脊液（SAH-CSF）对人类皮质神经元的急性影响机制。

研究人员首先通过双光子钙成像技术观察发现，SAH-CSF处理仅15分钟即可引起人类新皮质切片中群体神经元活动的显著增强。这种激活效应在活体小鼠实验中同样得到验证，表明SAH-CSF确实含有能够快速激发神经元的活性成分。

为了深入探索机制，团队建立了完善的全细胞膜片钳记录平台，成功区分了兴奋性与抑制性神经元。他们发现人脑神经元的电生理特性与小鼠存在显著差异，例如人兴奋性神经元的放电频率明显更高，这凸显了直接研究人脑组织的重要性。

当研究人员将SAH-CSF应用于人新皮质切片时，观察到了令人震惊的现象：神经元膜电位发生明显去极化，同时出现两种截然不同的放电模式改变——部分神经元放电频率增加，而另一部分则出现去极化阻滞，即过度兴奋反而导致动作电位发放停止。最重要的是，这些变化在洗掉SAH-CSF后完全可逆，说明这是一种功能性改变而非结构性损伤。

究竟是什么成分介导了这些变化？通过离子浓度检测和Goldman-Hodgkin-Katz（GHK）方程计算，研究人员排除了离子平衡失调的可能性。他们将目光转向了SAH-CSF中已知升高的谷氨酸。当使用广谱谷氨酸受体拮抗剂犬尿喹啉酸（KYNA）进行处理时，SAH-CSF诱导的所有电生理变化都被完全阻断。

关键技术方法包括：利用脑肿瘤手术获取的人新皮质组织制备急性脑切片；从SAH和脑积水（HC）患者采集脑脊液样本；通过双光子钙成像技术记录群体神经元活动；建立全细胞膜片钳记录平台分析神经元内在特性和突触传递；采用免疫荧光染色区分兴奋性（NeuN阳性）与抑制性（GAD67阳性）神经元。

SAH-CSF increased population-wide neuronal activity in human neocortical slices and anesthetized mice

研究发现SAH-CSF能够快速激活人类新皮质切片中的群体神经元，双光子钙成像显示处理15分钟后神经元活动达到峰值。在体小鼠实验进一步验证了这一现象，0.5% SAH-CSF即可引起显著的荧光强度增加，表明SAH-CSF含有强效的神经元激活成分。

Neuronal excitability and synaptic transmission were robustly measured in human neocortical slices and distinct from mouse counterpart

研究团队成功建立了稳定的人脑切片电生理记录平台，发现人兴奋性神经元的放电频率显著高于小鼠，自发性兴奋性突触后电流（sEPSC）的振幅也更大，强调了直接研究人脑组织的重要性。

SAH-CSF-induced changes in neuronal properties in human neocortical slices

膜片钳记录揭示SAH-CSF引起神经元膜电位去极化，并导致两种不同的动作电位模式改变：放电频率增加或去极化阻滞。这些变化在洗脱SAH-CSF后完全逆转，证明是可逆的功能性改变。

Glutamate receptor antagonists fully prevented SAH-CSF-induced changes in neuronal properties in human neocortical slices

离子浓度分析排除电解质失衡的可能性后，研究发现谷氨酸受体拮抗剂KYNA能够完全阻断SAH-CSF诱导的所有电生理变化，表明谷氨酸受体激活是SAH直接神经元效应的关键机制。

这项研究首次直接证实SAH-CSF通过谷氨酸受体介导人类皮质神经元的急性功能改变，为理解SAH早期脑损伤提供了重要机制解释。研究发现与临床观察到的皮质扩散性抑制（CSD）现象高度吻合，膜电位去极化可能是CSD的细胞基础。更重要的是，研究结果支持谷氨酸受体拮抗剂作为SAH急性期治疗策略的潜力，与既往动物实验和部分临床观察相一致。当前针对NMDA受体拮抗剂NP10679和氯胺酮的临床试验值得期待，尽管历史上NMDA受体拮抗剂的临床转化曾遭遇挫折，但这项基于人脑组织的研究为靶向谷氨酸通路提供了更直接的人类证据。

该研究的创新性在于首次直接在人类脑组织上揭示SAH的急性神经元效应，克服了物种差异的限制。未来研究可进一步探索SAH-CSF中其他活性成分的作用，以及不同细胞类型在SAH病理过程中的特异性反应，为开发更精准的治疗策略提供基础。