一个新的地图集将血液输送到大脑的细胞
在神经元和胶质细胞是目前最众多的细胞在大脑中,许多其他类型的细胞发挥着重要作用。那些是脑血管细胞,形成的血管输送氧气和其他营养到大脑。
那些细胞,这只占0.3%的大脑细胞,也构成了血脑屏障,一个关键的接口,防止病原体和毒素进入大脑,同时允许关键营养物质和信号通过。麻省理工学院的研究人员已经进行了大量的分析,这些找细胞人类的大脑组织,形成一个综合地图集脑血管细胞类型和它们的功能。
他们的研究还显示脑血管细胞健康的人之间的差异和亨廷顿氏舞蹈症患者,这可能为潜在的治疗方法提供新的目标亨廷顿氏舞蹈症。的血脑屏障与亨廷顿氏舞蹈症和许多其他神经退行性疾病,和几年前经常出现其他症状出现。
“我们认为这可能是一个非常有前途的路线,因为cerebrovasculature更接近进行治疗的细胞在大脑的血脑屏障,“Myriam海曼说,副教授在麻省理工学院大脑与认知科学系的和Picower研究所的成员学习和记忆。
海曼和Manolis >,麻省理工学院的计算机科学教授计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)和麻省理工和哈佛大学的一员,是这项研究的资深作者,这似乎在今天自然。麻省理工学院研究生Francisco Garcia在脑与认知科学系的,太阳和Na的电气工程和计算机科学,是论文的主要作者。
一个全面的阿特拉斯
脑血管细胞组成的网络血管向大脑输送氧气和营养,他们还帮助清除残骸和代谢物。功能障碍的灌溉系统被认为造成有害影响的累积在亨廷顿氏舞蹈症,阿尔茨海默氏症和其他神经退行性疾病。
许多类型的细胞在cerebrovasculature,而是因为他们组成这样的一小部分细胞在大脑中,它已经很难获得足够的细胞进行大规模分析单细胞RNA序列。这种类型的研究中,它允许单个细胞的基因表达模式被破译,提供了大量的信息在特定的细胞类型的功能,基于基因的激活这些细胞。
在这项研究中,麻省理工学院的团队能够获得超过100人死亡的脑组织样品,和17名健康的大脑组织样本中移除手术治疗癫痫发作。脑部手术组织来自年轻的病人尸检样本,使研究人员也承认与年龄有关的脉管系统的差异。研究丰富了脑部手术使用离心样品脑血管细胞,和跑尸检样本细胞通过计算“排序”管道,发现脑血管细胞根据特定标记表达。
研究人员对超过16000名脑血管进行单细胞RNA-sequencing细胞,细胞的基因表达模式和使用分类成11个不同的亚型。这些类型包括内皮细胞,行血管;壁画的细胞,包括周、毛细血管的城墙,和平滑肌细胞,帮助调节血压和流;细胞和成纤维细胞的一种结构。
“这项研究让我们放大这个令人难以置信的中央细胞类型,促进大脑的功能,”凯利斯说。“我们所做的就是理解这些构建块和细胞类型的多样性构成血管以前所未有的分辨率,在数百人。”
研究人员还发现证据,称为分带现象。这意味着,行血管的内皮细胞表达不同的基因根据他们的位置位于一个小动脉,毛细血管、小静脉。此外,他们发现了数以百计的基因中表达不同的三个区域,只有约10%的都是一样的带状的基因在鼠标cerebrovasculature。以前见过
“我们看到很多人类特异性,”海曼说。“我们的研究提供了一个列表的标记和见解基因功能这三个不同的区域。这些都是我们相信从人类cerebrovasculature角度看很重要,因为保护物种之间并不完美。”
屏障破裂
研究人员也使用他们的新血管死亡的脑组织图谱来分析一组样本疾病患者,展示其广泛的实用性。他们集中在亨廷顿氏舞蹈症,cerebrovasculature异常包括泄漏的血脑屏障和更高的血管密度。这些症状通常出现在任何其他症状与亨廷顿氏舞蹈症,可以看到和使用功能性磁共振成像(fMRI)。
在这项研究中,研究人员发现,亨廷顿氏舞蹈症患者的细胞显示许多基因表达的变化与健康细胞相比,包括减少MFSD2A的基因的表达,一个关键运输限制跨血脑屏障的脂质。他们认为运输的损失,以及其他他们观察到的变化,可能导致增加泄漏的障碍。
他们还发现upregulation Wnt信号通路中的基因,促进新血管生长和血管内皮细胞的免疫激活显示意外强劲,这可能进一步导致血脑屏障失调。
因为脑血管细胞可以通过血液,他们可以让一个诱人的目标可能治疗亨廷顿氏舞蹈症和其他神经退行性疾病,海曼说。研究人员现在计划测试他们是否可以提供潜在的药物或基因治疗这些细胞,并研究他们可能有什么疗效,亨廷顿氏舞蹈症的小鼠模型。
“鉴于脑血管功能障碍出现前几年更针对疾病的症状,可能是疾病进展的有利因素,”海曼说。“如果这是真的,我们可以避免,这可能是一个重要的治疗机会。”
研究人员还计划分析更多的RNA-sequencing数据从他们的组织样本,他们检查脑血管以外的细胞。
“我们的目标是建立一个系统的单细胞地图导航大脑功能在健康、疾病和衰老在成千上万的人大脑样本,”凯利斯说。“这项研究是阿特拉斯的第一个小块,观察细胞的0.3%。我们正在积极分析另外99%在多个令人兴奋的合作,和许多见解继续。”
进一步探索
这个故事是由麻省理工学院新闻(再版web.mit.edu/newsoffice/),一个受欢迎的网站,包括麻省理工学院新闻研究、创新和教学。
