Funktionelle Reorganisation des kontraläsionalen Gyrus praecentralis nach akutem subkortikalem ischämischem Schlaganfall und ihre Assoziation mit dem Genexpressionsprofil

Zusammenfassung Hintergrund Die motorische Erholung nach einem ischämischen Schlaganfall geht mit einer komplexen funktionellen Reorganisation einher, doch die zugrunde liegenden molekularen und zellulären Mechanismen sind nach wie vor unzureichend verstanden. Diese Studie integrierte longitudinale Bildgebungs- und gehirnweite transkriptomische Daten, um die funktionelle Dynamik und deren Korrelate der Genexpression während der motorischen Erholung nach einem subkortikalen ischämischen Schlaganfall zu charakterisieren. Methoden Wir rekrutierten 34 Patienten mit akutem rechtsseitigem subkortikalem ischämischem Schlaganfall und 32 nach Alter und Geschlecht gematchte gesunde Kontrollpersonen. Alle Teilnehmer unterzogen sich einer funktionellen Ruhezustands-Magnetresonanztomographie zu Baseline, wobei 22 Patienten eine 3-Monats-Follow-up-Untersuchung absolvierten. Die spontane neuronale Aktivität wurde mittels der Amplitude of Low-Frequency Fluctuations (ALFF) bewertet, gefolgt von einer Seed-basierten funktionellen Ganzhirn-Konnektivitätsanalyse (FC) ausgehend von Regionen mit longitudinalen ALFF-Unterschieden. Anschließend wandten wir eine Partial-Least-Squares(PLS)-Regression an, um longitudinale ALFF-Veränderungen räumlich mit transkriptomischen Daten aus dem Allen Human Brain Atlas zu korrelieren und so ein Genexpressionsprofil zu identifizieren, das räumlich mit diesen ALFF-Veränderungen assoziiert ist. Diese Gene wurden anschließend funktionellen Anreicherungs- und Zelltypspezifitätsanalysen unterzogen. Ergebnisse Im Vergleich zu gesunden Kontrollen zeigten Schlaganfallpatienten im Akutstadium eine signifikant verringerte ALFF im kontraläsionalen Gyrus praecentralis. Beim 3-Monats-Follow-up stieg die ALFF in dieser Region signifikant an, begleitet von einer verstärkten interhemisphärischen FC mit ihrem ipsiläsionalen Homolog. Entscheidend ist, dass diese longitudinalen Veränderungen der ALFF und der interhemisphärischen FC signifikant mit der motorischen Erholung korrelierten. Basierend auf der PLS-Regression identifizierten wir ferner ein spezifisches Genexpressionsprofil, das räumlich mit den beobachteten ALFF-Veränderungen korrelierte. Dieses Genset war spezifisch in exzitatorischen und inhibitorischen Neuronen angereichert und primär an der synaptischen Struktur und Signalübertragung beteiligt. Schlussfolgerungen Durch die Verknüpfung makroskaliger Bildgebungsdynamiken mit mikroskaligen molekularen Merkmalen zeigt diese Studie, dass der kontraläsionale Gyrus praecentralis eine unterstützende Rolle bei der motorischen Erholung während der subakuten Phase des subkortikalen ischämischen Schlaganfalls spielt, wobei die neuronale synaptische Plastizität als potenzieller Mechanismus dient. Zusammengenommen liefern diese Ergebnisse Erkenntnisse für stadienspezifische Strategien zur gezielten Beeinflussung der interhemisphärischen Inhibition.