脑血管图谱识别新细胞类型并将免疫细胞与出血性中风联系起来

通过可能影响未来中风和痴呆等疾病研究的研究，加州大学旧金山分校(UCSF)的科学家及其同事对形成人脑血管的所有细胞及其位置和每个位置转录的基因。该图谱描述了40多种以前未知的细胞类型，其中包括一群免疫细胞，它们与大脑血管细胞的通讯导致出血性中风出血。在美国，这种毁灭性的中风占所有中风的10-15%，其中大多数是年轻人，其中约一半病例是致命的。

研究小组表示，他们报告的发现将成为全球脑血管系统新研究的基础。“这项研究为我们提供了开始开发新疗法的地图和目标清单，这些新疗法可能会改变我们治疗许多脑血管疾病的方式，”加州大学旧金山分校威尔研究所的神经外科医生和研究员EthanWinkler博士说。神经科学和该研究的主要作者之一发表在《科学》杂志上，题为“正常和畸形人脑脉管系统的单细胞图谱”，他们在其中得出结论：“该图谱对神经科学和临床具有重要意义。药品。”

作者指出，脑血管疾病是死亡和神经功能障碍的主要原因。然而，他们指出，“进一步了解疾病机制和治疗策略需要对人类脑血管细胞有更深入的了解。”脑血管系统包括输送循环血液的不间断的血管网络。它包括功能不同的动脉、小动脉、毛细血管、小静脉和静脉，它们沿着“动静脉轴”分层组织。

脑血管系统的任务是确保将氧气和营养物质输送到大脑，清除大脑代谢的副产品，并防止循环毒素进入。正如作者指出的那样，“脑血流中断或结构受损和出血会导致中风，这是全世界死亡和残疾的主要原因。”

在他们报告的研究中，研究人员分析了动静脉畸形(AVM)中的细胞。大脑中这些形成不良的动脉缠结通常是出血性中风的根源。他们将AVM与来自五名已经接受癫痫脑部手术的志愿者的正常脑血管样本进行了比较。该研究由神经外科副教授AdibAbla(医学博士)和神经外科教授DanielLim(医学博士、哲学博士)以及TomaszNowakowski博士领导，他们都是加州大学旧金山分校威尔神经科学研究所的成员。

神经外科主任阿布拉在手术中采集了44个AVM组织样本，其中一些样本在完好无损的情况下从患者大脑中取出，其他样本是在开始流血后才取出的。通过分析三种组织——正常、完整的动静脉畸形和出血的动静脉畸形——使研究人员能够更全面地了解细胞正常功能和不同疾病状态下功能之间的差异。

该团队与脑血管研究中心合作，对超过180,000个细胞进行单细胞mRNA测序，以确定不同样本中表达的基因，并将基因表达与细胞位置进行匹配。“我们对181,388个细胞的转录组进行了分析，定义成人脑血管系统的细胞图谱，包括具有动静脉分割和扩大的血管周围细胞多样性的内皮细胞分子特征，”作者解释道。加州大学旧金山分校生物信息学研究生、该研究的共同主要作者ChangKim随后开发了计算机分析技术，比较正常细胞和患病细胞中的基因表达。

结果不仅揭示了多种新的细胞类型，还揭示了一群免疫细胞，它们似乎与患病动脉中的平滑肌细胞进行交流并削弱它们，从而导致中风。科学家怀疑免疫系统是由动静脉畸形等畸形激活的。然而，诺瓦科夫斯基说，“如果没有这项研究，我们将无法查明血液中这一非常特定的细胞群，它们可能是疾病进展的关键驱动因素。”正如作者进一步指出的那样，“我们发现了对动静脉表型变化至关重要的内皮分子分区的保守性，并扩大了脑血管周围细胞的细胞多样性，包括以前在脑血管系统中未发现的纤维肌细胞。他补充说，识别这些特定的免疫细胞完全改变了研究人员治疗此类血管疾病的方式。如果细胞在血液中循环，就有可能通过调节免疫系统来降低中风风险。“这开启了巨大的治疗潜力，”诺瓦科夫斯基说。

这种潜力不仅限于中风。该图谱可以帮助研究人员调查任何神经血管疾病，包括痴呆症。“许多形式的痴呆症，包括阿尔茨海默氏症，似乎都有血管基础，”林说。“我们需要这样的图谱，以更好地了解脉管系统的变化如何导致认知和记忆的丧失。”

Lim继续说道：“这项工作确实是外科医生科学家和分子生物学家之间的一次美妙合作，发生在一个能够令人难以置信地获得临床标本的地方。”他进一步指出，虽然许多机构无法获得所有这些关键资源，他们将可以访问本研究的数据集。诺瓦科夫斯基认为，这些信息将使世界各地的研究人员能够对大量患者进行成本低得多的分析，这是更全面地了解血管疾病如何运作的唯一方法。将许多研究人员的工作带入新的方向，”Lim进一步指出。

该团队的研究为人类细胞图谱做出了贡献，这是一项为整个身体创建细胞参考图谱的国际努力。诺瓦科夫斯基将这些图谱称为“细胞类型周期表”。正如化学元素周期表将元素组织成一个结构，化学家可以根据它们在表中出现的位置来绘制它们之间的关系，人体细胞图谱揭示了体内细胞的位置以及它们之间产生的相互作用。

尽管世界各地正在进行大量工作来为不同的器官和组织生成这些图谱，但其中许多只绘制了细胞的地理位置。这项研究将正常细胞和异常细胞的比较提升到了一个更高的水平，为药物开发提供了极其精细的指导。

“我们的研究确实展示了如何利用细胞图谱，”诺瓦科夫斯基说。“以我们的‘元素周期表’为参考，我们可以开始询问哪些细胞可能在疾病中出错，并非常精确地针对这些细胞进行治疗。”

注意到他们研究的潜在局限性，作者总结道：“我们认识到，这本图谱只是人类脑血管系统全面普查的第一步……还需要开展额外的工作来确定细胞类型和细胞状态之间的区别，例如短暂的细胞状态或代谢变化。尽管如此，我们的结果应该为其他大脑区域或脑血管疾病的未来研究提供信息，以加速人类脑血管系统的机制理解和治疗靶向。”