这篇文章发表于《Nature Neuroscience》期刊，题目为《Characteristics of blood–brain barrier heterogeneity between brain regions revealed by profiling vascular and perivascular cells》。文章的主要作者包括Sarah J. Pfau、Urs H. Langen、Theodore M. Fisher等，主要研究机构为哈佛大学医学院的Howard Hughes Medical Institute以及Weill Cornell Medicine等。这篇文章通过单细胞转录组学和空间转录组学技术，揭示了大脑不同区域血脑屏障（BBB）在分子和细胞层面的异质性。这一研究在2024年10月发表，探讨了大脑血管和周血管细胞在不同脑区的功能差异，重点研究了下丘脑内分泌区的中位隆起（ME）和大脑皮层（cortex）。
血脑屏障（BBB）是保护大脑的关键屏障，能够调控大脑的血液与神经元之间的物质交换，维持神经元的稳态。然而，血脑屏障的特性并不在所有脑区都是一致的，某些脑区，如中位隆起（ME）等“旁脑室器官”（circumventricular organs, CVOs），其血管的渗透性较高，自然存在“渗漏”现象。中位隆起等区域的血脑屏障由于其独特的功能，能够快速感应外部信号并分泌激素，参与控制摄食、心血管功能以及渴觉等生理过程。虽然血脑屏障的渗透性在不同脑区存在差异，但其具体机制尚不完全清楚。本研究旨在通过比较中位隆起和大脑皮层，探讨这些异质性的分子机制，并为大脑特定区域的治疗策略提供潜在的靶标。
这项研究的流程主要分为以下几步：
组织样本的获取与处理：研究使用了小鼠的中位隆起和大脑皮层区域，应用了单细胞RNA测序（single-cell RNA sequencing, scRNA-seq）和空间转录组学技术，对血管内皮细胞（ECs）和周血管细胞（如星形胶质细胞、周细胞、成纤维细胞等）进行了分析。
电子显微镜和组织透明化技术：为了深入观察细胞和细胞间的结构特征，研究应用了透射电子显微镜（Transmission Electron Microscopy, TEM）和基于水溶液的组织透明化方法（U.Clear）。这种方法可以保持组织的内源荧光，允许在3D环境下进行高分辨率的组织观察。
数据分析与分子异质性分析：通过scRNA-seq数据的无偏分析，研究发现了中位隆起和大脑皮层内血管内皮细胞及周血管细胞之间的数百个分子差异。此外，空间转录组学进一步帮助识别了这些区域的细胞形态和相互作用的分子机制。
生物信息学分析：研究通过配体-受体对的识别，揭示了区域性丰富的血管内皮细胞与周血管细胞之间的相互作用。特别是中位隆起区域血管内皮细胞的特殊配体-受体对，可能对维持血脑屏障的渗透性具有重要作用。
分子与结构异质性：研究揭示，中位隆起和大脑皮层的血管内皮细胞在基因表达水平上存在明显差异。在中位隆起中，研究发现了表达PLVAP（血管渗透性标志物）的特定内皮细胞亚型。这些内皮细胞与通常在大脑中观察到的紧密连接不同，中位隆起的内皮细胞表现出更高的渗透性，符合其在旁脑室器官中的特殊功能。
星形胶质细胞和周细胞的差异：中位隆起的星形胶质细胞与大脑皮层的星形胶质细胞表现出不同的形态和基因表达模式。大脑皮层中的星形胶质细胞紧密包裹在毛细血管周围，而中位隆起中的星形胶质细胞缺乏这种典型的包裹结构，显示出较为稀疏的血管关联性。这表明不同脑区的星形胶质细胞可能在调控血脑屏障功能方面具有不同的作用。
血管周细胞与成纤维细胞的参与：研究发现，中位隆起的毛细血管周围存在大量的成纤维细胞，而大脑皮层的成纤维细胞主要集中在大血管周围。成纤维细胞可能通过改变细胞外基质的组成来调节中位隆起的血管渗透性，这为血脑屏障异质性的调控机制提供了新的见解。
区域特异性信号通路：通过生物信息学分析，研究识别了多个中位隆起和大脑皮层的区域特异性信号通路。例如，中位隆起的血管内皮细胞中富含的VEGFR2（血管内皮生长因子受体2）与其配体VEGF在中位隆起的特殊胶质细胞中表达。这种特定的配体-受体对可能在调节中位隆起血管的渗透性方面起到关键作用。
这项研究通过揭示大脑不同区域血脑屏障的分子和细胞异质性，进一步加深了我们对血脑屏障如何在大脑不同区域进行调控的理解。尤其是对中位隆起这种自然存在渗漏的区域，研究指出，血管内皮细胞和周围细胞的特定分子相互作用可能是导致其高渗透性的重要原因。未来的研究可以基于这些发现，进一步探索如何通过调控这些信号通路来开发针对中枢神经系统疾病的区域特异性治疗策略。
此外，该研究还提供了一种新平台，能够在其他大脑区域中应用，以揭示血脑屏障在不同疾病中的潜在变化和调控机制。这为开发更加精准的脑部疾病治疗手段提供了重要的分子靶标和理论依据。
技术创新：通过结合单细胞RNA测序和空间转录组学，该研究提供了对血管和周血管细胞异质性的高分辨率分析，为未来类似研究提供了一个技术平台。
区域特异性发现：揭示了血脑屏障的异质性不仅是由内皮细胞的紧密连接结构决定的，还与局部环境中的信号调控有密切关系。
疾病治疗潜力：这些发现为未来开发中枢神经系统疾病的区域特异性药物传递策略提供了重要参考，尤其是对于血脑屏障渗漏和神经退行性疾病的治疗。
总的来说，这项研究通过创新的实验方法和深入的分子机制探索，为理解大脑血脑屏障的异质性和疾病相关性提供了新的视角，并为未来的研究和治疗开发奠定了基础。