脳ペリサイトと血管周囲線維芽細胞の脳卒中後の脳血管再生における二重機能

学術的背景

脳卒中は世界中の死亡および障害の主な原因の一つであり、現在の治療法は急性の血栓溶解療法または血栓切除術に限定され、その後長期的なリハビリテーションが行われます。しかし、脳卒中後の長期的な回復効果は限られており、特に脳血管の再生と機能回復は依然として大きな課題です。脳血管の再生は脳卒中後の機能回復の鍵ですが、このプロセスは血管周囲基質（stroma）の再生に依存しています。基質前駆細胞（stromal progenitor cells, SPCs）は多くの臓器の組織再生において重要な役割を果たしますが、脳内のSPCsのアイデンティティと機能は依然として不明確です。本研究は、脳内のSPCsのアイデンティティと脳卒中後の脳血管再生における役割を明らかにし、脳卒中後の神経機能回復のための新しい治療標的を提供することを目指しています。

論文の出典

この論文は、Louis-Philippe Bernier、Jasmin K. HefendehlらUniversity of British Columbia、Goethe University Frankfurtなどの複数の研究機関の科学者たちによって共同で執筆されました。論文は2024年12月18日に『Nature Neuroscience』誌にオンライン掲載され、DOIは10.1038/s41593-025-01872-yです。

研究フロー

研究対象と方法

本研究では成体マウスを実験対象として使用し、光血栓モデル（photothrombotic stroke）により脳卒中を模倣しました。研究は主に以下のステップに分かれています：

1. 脳卒中モデルの構築と観察
   研究者たちはマウスの体性感覚皮質に光血栓性脳卒中を誘導し、その後21日間にわたって脳血管の再生状況を観察しました。光学コヒーレンストモグラフィ（OCT）や二光子顕微鏡技術を使用して、脳卒中後の血管の再形成と機能回復を追跡しました。

2. Hic1+細胞の追跡
   SPCsの分布と機能を研究するために、研究者たちはHic1遺伝子マーカーを持つトランスジェニックマウス（Hic1creERT2; Rosa26lsl-tdtomato）を使用しました。タモキシフェン（tamoxifen）による誘導を通じて、Hic1+細胞とその子孫をマーキングし、脳卒中後の異なる時点でのこれらの細胞の分布と機能変化を観察しました。

3. 単一細胞RNAシークエンス（scRNA-seq）
   研究者たちは脳卒中後7日目のHic1+細胞に対して単一細胞RNAシークエンスを行い、これらの細胞のトランスクリプトーム特性を分析しました。損傷のない対照半球と比較することで、脳卒中後に活性化されたペリサイトと血管周囲線維芽細胞の転写特性を特定しました。

4. 細胞増殖と移動の研究
   EdUマーキングを通じて、研究者たちは脳卒中後のHic1+細胞の増殖状況を調べました。さらに、タイムラプスイメージング技術を使用して、これらの細胞の脳卒中後の移動行動を観察しました。

5. 血管再生と血液脳関門（BBB）の回復
   研究者たちは脳卒中後21日目に血管再生と血液脳関門の回復状況を評価し、Evans BlueやCadaverineなどさまざまなサイズの色素を注射してBBBの完全性を検査しました。

主要な結果

1. 脳卒中後の脳血管再生とHic1+細胞の蓄積
   研究では、脳卒中後7日目にHic1+細胞が虚血領域に有意に蓄積し、血管内皮細胞と密接に関連していることがわかりました。これらの細胞は21日間かけて徐々に虚血中心部へ移動し、それに伴い血管が再形成されていました。

2. Hic1+細胞の多様性
   単一細胞RNAシークエンスの結果、Hic1+細胞には主にペリサイト、静脈平滑筋細胞（venular smooth muscle cells, SMCs）、そして血管周囲線維芽細胞が含まれることが示されました。これらの細胞は脳卒中後に異なる転写特性を示し、ペリサイトは血管新生を促進し、線維芽細胞は線維化瘢痕形成を促進する傾向がありました。

3. 細胞増殖と移動
   脳卒中後7日目には、Hic1+細胞は著しい増殖能力を示し、約69.9%の新規細胞がEdU陽性でした。さらに、これらの細胞は虚血領域内で高い移動能力を示し、元の血管構造から離れていきました。

4. 血管再生とBBBの回復
   脳卒中後21日目には、Hic1+細胞が機能的な血管と再結合し、安定した血液脳関門を形成していました。色素注入実験により、BBBの完全性が回復したことが確認されました。

結論と意義

本研究は、脳内のSPCsのアイデンティティと脳卒中後の脳血管再生における二重機能を明らかにしました。ペリサイトは主に血管新生に関与し、一方で血管周囲線維芽細胞は線維化瘢痕形成を促進します。この発見は、脳卒中後の神経機能回復のための新しい治療標的を提供し、特に血管新生を促進したり、線維化反応を調整することで脳卒中後の長期的なリハビリ効果を改善する可能性があります。

研究のハイライト

1. Hic1+細胞の多様性
   本研究では、単一細胞RNAシークエンス技術を用いて、初めて脳内のHic1+細胞の多様性を包括的に解析し、ペリサイト、静脈平滑筋細胞、血管周囲線維芽細胞を含むことを明らかにしました。

2. 脳卒中後の細胞の動的変化
   研究では、脳卒中後のHic1+細胞の増殖、移動、機能変化を詳細に記述し、これらの細胞が脳血管再生における重要な役割を果たしていることを明らかにしました。

3. 血管新生と線維化のバランス
   研究では、ペリサイトと血管周囲線維芽細胞が脳卒中後の組織修復における異なる役割を強調しており、今後の治療戦略に重要な理論的基礎を提供しています。

その他の有益な情報

本研究では、オンラインで検索可能なデータベース（Integrated Single-cell Navigation Portal, iSNAP）を開発し、研究者はこのデータベースを通じてすべての単一細胞シークエンスデータを参照し、脳卒中後の細胞機能と制御メカニズムをさらに探ることができます。このリソースは今後の研究に重要なツールと参考資料を提供します。

この研究は、脳内のSPCsのアイデンティティと機能を明らかにするだけでなく、脳卒中後の脳血管再生と機能回復のために新しい治療アプローチを提案しました。