2024年8月29日哈佛大学医学院霍华德·休斯医学研究所顾成华研究团队在Nature Neuronscience杂志上发表文章不同脑区血脑屏障结构和功能差异性的分子机制。

1、正中隆起和皮层血脑屏障形态学差异性

研究人员通过透明脑技术观察ME和体感皮层脑区血管形态的差异，结果发现ME脑区毛细血管直径更大，内皮细胞密度更高，毛细血管腔由多个内皮细胞组成，而皮层毛细血管腔由单个内皮细胞组成。另一方面，皮层内皮细胞、周细胞和星形胶质细胞脚板存在密切连接，ME脑区内皮细胞、周细胞和成纤维细胞形成紧密连接，该区域星形胶质细胞脚板数量较少。

皮层星形胶质细胞呈星状，胞体离血管较远，沿着血管延展多个分支；ME脑区一类星形胶质细胞分支少且短，位于血管旁边，一类星形胶质细胞靠近侧脑室，分支长。此外，ME脑区可观察到较多的毛细血管相连的成纤维细胞，但在皮层很少，这些形态学差异性可能是引起正中隆起和皮层血脑屏障功能差异性的基础。

图1、正中隆起和皮层血脑屏障形态学差异性

2、正中隆起和皮层血脑屏障转录组学差异性

为进一步揭示ME和体感皮层脑区血管分子的差异性，利用单细胞测序技术发现在毛细血管内皮细胞上共存在445个差异性富集表达基因：不在皮层，但在ME脑区内皮细胞表达的表达的基因为内皮粘性蛋白（EMCN）和内皮细胞特异性分子1（ESM1）；不在ME脑区，在皮层脑区内皮细胞表达的表达的基因为胰岛素样生长因子1受体（IGF1R）、Cwcv和Kazal样结构域蛋白多糖2（SPOCK2）。

免疫荧光实验发现皮层脑区毛细血管相关的周细胞沿着血管分布，分支较长、胞体较大，而ME脑区周细胞形态不规则。此外，皮层脑区周细胞/内皮细胞数量比显著高于ME脑区。单细胞测序发现ME脑区与皮层周细胞存在137个差异性表达基因。这些结果表明周细胞可能通过与内皮细胞的相互作用引起皮层和ME脑区血脑屏障功能的差异性。

图2、正中隆起和皮层血脑屏障转录组学差异性

3、调控正中隆起和皮层血脑屏障功能的分子信号

内皮细胞与血管周围细胞之间的直接的物理相互作用表明可能存在配体-受体互作。研究人员利用CellChat发现在皮层、ME脑区分别存在25和33对内皮细胞与周细胞之间配体-受体对，35和20对内皮细胞与星形胶质细胞细胞之间配体-受体对，这些潜在的配体和受体作用可能是调控血脑屏障功能的关键分子开关。

图3、调控正中隆起和皮层血脑屏障功能的分子信号

总结

本文通过单细胞测序、高分辨率显微镜和透明脑技术揭示了ME和皮层血脑屏障的形态学和分子差异性。