Nature：有史以来第一个单细胞分辨率的人类脑血管分子图谱

首次建立了人类大脑血管通路的分子图谱，涵盖了早期大脑发育和疾病

　　

由多伦多大学健康网络(UHN)和苏黎世大学领导的一个国际研究联盟建立了有史以来第一个单细胞分辨率的人类脑血管分子图谱，涵盖了从早期发育到成年，以及脑肿瘤和脑血管畸形等疾病阶段。

国际联盟包括来自UHN的Krembil脑研究所、Donald K. Johnson眼科研究所、多伦多总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Lunenfeld-Tanenbaum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、以及威尔康奈尔医学和纽约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的大脑、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上，调节血液和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，并且可能在大脑神经血管信号网络中发挥比以前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。

文章通讯作者Thomas Wälchli说：“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年大脑的正常功能，以及脑肿瘤、中风和脑血管畸形等各种脑部疾病都很重要。通过了解这些通路在早期大脑发育过程中的生长和行为，它们在成人健康大脑中是如何沉默的，以及它们在疾病中是如何被重新激活的，这将为人类脑血管系统的正常功能提供更多的见解，并为未来的治疗选择打开大门。”

“UHN的Krembil脑研究所是一个大容量的神经外科中心，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117个样本中超过60万个分离的内皮细胞、血管周围细胞和其他组织来源细胞进行单细胞RNA测序，让我们对大脑脉管系统的内部运作有了非凡的了解，”论文的合著者Ivan Radovanovic博士说。

“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系统之间的关键差异，我们的工作可以帮助识别异常脑血管的脆弱性，从而用于治疗脑肿瘤和脑血管畸形。”

研究指出:

• 研究人员发现，随着时间的推移，成年人健康大脑中的血管系统几乎完全停止生长，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，类似于早期大脑发育中的血管生长。这一发现以前从未被描述过。

• 该研究小组还首次展示了人类大脑的血管系统在早期大脑发育和成年期与大脑外器官的血管系统有何不同，以及当疾病出现时，大脑的血管系统变得更像周围器官的血管系统。

• 在疾病中，人类脑血管系统的典型特征被部分改变。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、毒素和药物的守门人。内皮细胞也可以影响与人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，这意味着内皮细胞可以进化成“抗原呈递细胞”，引发免疫反应。

Wälchli博士说:“这将需要许多年的时间，但如果我们能够确定早期发育的大脑中发生了什么，以及这些血管网络如何随着时间的推移而生长，它们如何发育成动脉、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系统的生长模式。”

“早期发育的大脑、脑肿瘤和脑血管畸形都以血管生长和免疫抑制为特征，这使得组织生长不受干扰。如果我们能抑制或抑制血管的生长，同时增强免疫系统，那就有可能应用于治疗。”

希望是，如果临床医生有一天能够将这些针对血管系统的疗法与免疫疗法结合起来，他们可能能够抑制血管生长并延长患者的生存期。

“如果我们能够检测到早期发育的大脑和脑肿瘤之间共享的脑血管系统的特定特征(但不存在于健康的正常大脑中)，我们就可以监测大脑的血管系统的生长模式，并能够在早期阶段检测和治疗疾病，改善患者的预后。”

这项研究旨在建立在过去几年脑血管生物学领域的发展势头的基础上。

Wälchli博士补充说:“我们的工作将使各个学科的科学家受益，从发育、血管、计算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。”“可能性是无限的。”