研究人员首次构建人类大脑血管通路分子图谱

由多伦多大学健康网络 (UHN) 和苏黎世大学领导的国际研究联盟构建了首个单细胞分辨率的人类脑血管分子图谱，涵盖从早期发育到成年期以及脑肿瘤和脑血管畸形等疾病阶段。

该国际联盟包括来自 UHN 的克伦比尔脑研究所、唐纳德·K·约翰逊眼科研究所、多伦多综合医院研究所和玛格丽特公主癌症中心、多伦多大学唐纳利中心、西奈山医院的卢嫩菲尔德-塔南鲍姆研究所、苏黎世大学、苏黎世大学医院、苏黎世联邦理工学院、日内瓦大学、日内瓦大学医院的研究团队，以及纽约威尔康奈尔医学院和纪念斯隆凯特琳癌症中心的合作者。

在这项研究中，研究人员从人类早期发育大脑、成人大脑、脑肿瘤和脑血管畸形中分离出血管。他们发现，内皮细胞排列在血管内，调节血流与周围组织之间的相互作用，在大脑发育的不同阶段表现不同，在大脑神经血管信号网络中可能发挥比以前所理解的更重要的作用。

这项新颖的研究今天发表在《自然》杂志上。

“大脑的血管系统，即血管细胞、基因和通路，对于健康的早期发育和成人大脑的正常运作以及各种脑部疾病(如脑肿瘤、中风和脑血管畸形)都很重要，”这项研究的通讯作者、UHN 克雷姆比尔脑研究所的科学助理、伦敦大学学院 (UCL) 维克多霍斯利神经外科系的顾问神经外科医生、伦敦大学学院癌症研究所的副教授/首席临床研究员 Thomas Wälchli 博士说。“通过了解这些通路在早期大脑发育过程中如何生长和运作，它们如何在成人健康大脑中被沉默，以及它们如何在疾病中被重新激活，它将提供更多关于人类大脑血管系统正常运作的见解，并为未来的治疗选择打开大门。”

“UHN 的克雷姆比尔脑研究所是一家规模庞大的神经外科中心，为临床多样化的患者群体提供了无与伦比的机会。我们能够以前所未有的分辨率对来自 117 个样本的 600,000 多个分离的内皮细胞、血管周围细胞和其他组织来源的细胞进行单细胞 RNA 测序，这让我们能够非常清楚地了解大脑血管系统的内部运作，”UHN 克雷姆比尔脑研究所的神经外科医生兼高级科学家、多伦多大学特默蒂医学院副教授、论文合著者 Ivan Radovanovic 博士说道。

“这提供了一个非常大的数据集，将成为世界各地研究人员的重要资源。通过揭示健康和患病脑血管之间的关键差异，我们的工作可以帮助识别异常脑血管的脆弱性，可用于治疗脑肿瘤和脑血管畸形。”

研究小组的研究结果指出：

研究人员发现，成年人健康大脑中的血管系统随着时间的推移几乎完全停止生长，但脑肿瘤或脑血管畸形可以重新激活脑组织中的血管生长，类似于早期发育大脑中的血管生长。这一发现以前从未被描述过。

研究小组还首次展示了人类大脑血管与脑外器官血管的不同之处，无论是在早期大脑发育过程中还是成年期，当疾病出现时，大脑血管变得更像外周器官的血管。

在疾病中，人类大脑血管系统的典型特征会部分改变。一个例子是血脑屏障的内皮细胞，它充当大脑的“过滤器”和物质、素和药物的守门人。内皮细胞还会影响与身体免疫系统的相互作用。当疾病发生时，这些细胞有助于上调免疫特异性特性，这意味着内皮细胞可以进化成“抗原呈递细胞”，从而引发免疫反应。

“这将需要很多年，但如果我们能够确定早期发育大脑中发生的情况以及这些血管网络如何随着时间的推移而生长，它们如何发展成动脉、毛细血管和静脉，并与免疫系统相互作用，我们就能更好地了解肿瘤血管的生长模式，”Wälchli 博士说。

“早期发育的大脑、脑肿瘤和脑血管畸形都具有血管生长和免疫抑制的特征，这使得组织生长不受干扰。如果我们能够抑制或抑制血管生长，同时增强免疫系统，那么这对治疗就有潜在的应用价值。”

希望如果临床医生有一天能够将这些针对血管的疗法与免疫疗法结合起来，他们也许能够抑制血管生长并延长患者的生命。

“如果我们能够检测到大脑血管中早期发育的大脑和脑肿瘤所共有的特定特征(但在健康正常大脑中并不存在)，我们就可以监测大脑血管的生长模式，并能够在早期阶段发现和治疗疾病，改善患者的治疗效果，”Wälchli 博士说。

这项研究旨在延续过去几年脑血管生物学领域的发展势头。

“我们的工作将使各个学科的科学家受益，从发育生物学家、血管生物学家、计算生物学家和肿瘤生物学家到神经科学家、免疫学家和单细胞遗传学家，”Wälchli 博士补充道。“可能性无穷无尽。”

阅读《自然评论神经科学》和《JCI Insight》上该小组关于同一研究主题的其他相关论文。

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