大腦三維血管網絡形成的細胞和分子機制揭示

大腦發育過程中，血管的路徑選擇對腦血管三維網絡的形成至關重要。中國科學院腦科學與智能技術卓越中心（神經科學研究所）的研究人員以斑馬魚為模型發現，大腦血管內皮頂端細胞分支上機械敏感通道Piezo1 介導的鈣離子活動的頻率高低，決定了頂端細胞分支收縮或伸長的命運，從而決定血管生長的路徑選擇和腦血管三維網絡的形成模式。相關研究成果發表在《神經元》上。

血管發育主要是通過血管新生的方式，持續地從已存在的血管上生長出新的血管分支，從而形成一個復雜但有序的三維血管網絡。“頂端細胞的路徑選擇至關重要，它決定了血管生長的路徑，是決定各器官組織中（包括大腦）三維血管網絡模式形成的關鍵。然而，目前我們對頂端細胞路徑選擇的機制仍知之甚少。”中科院腦科學與智能技術卓越中心研究員杜久林說。

為了探索內皮頂端細胞路徑選擇的細胞分子機制，研究人員首先通過在體長時程成像，實時觀察幼年斑馬魚腦部內皮頂端細胞在發育過程中的細胞形態和鈣離子活動的動態變化，發現機械敏感性陽離子通道Piezo1 介導了頂端細胞局部鈣活動的產生和相應分支的生長命運；敲除Piezo1 可導致斑馬魚大腦血管頂端細胞分支上鈣活動減少、頂端細胞路徑選擇缺陷和大腦三維血管網絡發育異常，同時鈣激活的蛋白水解酶Calpain 和一氧化氮合成酶信號通路分別介導了Piezo1-鈣離子活動誘發的頂端細胞分支的收縮或伸長的命運。

杜久林表示，該工作首次闡明了大腦三維血管發育過程中機械敏感通道Piezo1 及其下游的鈣離子活動對內皮頂端細胞的路徑選擇的重要作用。