脑血管对于维持正常大脑功能以及各种血管依赖性中枢神经系统疾病（如脑肿瘤、脑血管畸形、脑卒中和神经退行性疾病）的病理过程均起着至关重要的作用。深入探究大脑发育阶段、健康成人大脑中以及血管依赖性脑疾病中血管的潜在细胞和分子机制及其结构，对于系统性地理解病理性脑血管的生物学机制和开发靶向治疗策略具有深远的意义。
2024年7月10日，由多伦多大学健康网络（UHN）和苏黎世大学领衔、多个国际研究团队参与的国际研究人员联盟在《Nature》（IF：50.5/Q1）上发表了一篇题为“跨越发育期、成年期和疾病期的人类脑血管单细胞图谱”（doi：10.1038/s41586-024-07493-y）的文章，研究者以单细胞分辨率建立了有史以来第一个人脑血管系统的分子图谱，这一图谱全面涵盖了发育期、成年期以及脑肿瘤和脑血管畸形等疾病阶段。
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，并对来自117个样本的共计606,380个分离的内皮细胞、血管周围细胞及其他组织衍生细胞进行了单细胞RNA测序，构建了涵盖发育中胎儿、成人对照和患病个体脑血管系统的分子图谱。该研究揭示了内皮细胞（ECs，构成了血管壁与血液的交界面）在不同脑实体中的显著异质性，定义了18种主要脑细胞类型，并验证了关键特征和差异表达基因。
研究者对ECs在发育阶段和病理条件下的差异进行了评估。研究结果表明，随着时间的推移，成人健康大脑中的血管几乎完全停止了生长。然而，在脑肿瘤或脑血管畸形的情况下，脑组织中的血管生长会被重新激活，同时伴随着某些基因和信号通路的失调。这些变化导致病理性内皮细胞失去了它们在中枢神经系统中的特异性特征，并表现出MHC II类分子的上调，显示出非典型的细胞特性。
此外，通过深入分析细胞间的相互作用，研究者还揭示了内皮细胞与周围细胞之间复杂的配体—受体交流网络。这些交流不仅涉及免疫反应，还与血管生成等生理过程密切相关。这一发现进一步凸显了内皮细胞在大脑神经血管单元信号网络中的核心地位。
第一作者暨通讯作者、伦敦大学学院（UCL）癌症研究所的首席研究员Thomas Wälchli博士表示：“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（这些特征不存在于健康的正常大脑中），我们就能够监测大脑血管系统的生长模式，并在疾病的早期阶段进行检测和治疗，从而改善患者的预后。”
“我们的研究成果将让来自不同学科的科学家受益，无论是发育生物学家、血管生物学家、计算生物学家、肿瘤生物学家，还是神经科学家、免疫学家以及单细胞遗传学家，其应用的可能性是无限的。”Wälchli博士补充道。
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