美国加州大学的科学家已经找到了能够分析血脑屏障细胞基因的表达谱。改项分子研究学的成果能够有效加深我们对整体大脑健康、疾病和治疗方案的开发。
背景知识
成年人的大脑有大约650公里长度的血管，使其成为体内血管最多的靶向器官。我们也将其称之为脉管系统，它能够参与大脑和身体其他部位之间的分子交换，使其成为生物学和药理学上的重要系统。它与大多数脑部疾病有关，但仍未得到充分研究。此外，虽然对小鼠的研究已经导致该领域的进展，但从小鼠的研究成果是否适用于人尚未可知。
作者认为这种缺乏进展的原因是血管细胞和细胞核很难从人类死后脑组织中提取，因为细胞核仍然卡在基底膜中——提供微血管结构的片状细胞外基质。因此，人类大脑脉管系统的分子谱并没有被建立。（基因碎片大部分都在细胞核里面，所以如果没有活的人的脑部细胞，很难研究得到真正的基因）
解决存在问题的方法：
鉴于该系统在神经退行性变中的重要性，作者着手创建在健康和老年痴呆中的大脑血管系统单细胞分子图谱。基于单细胞RNA测序和从从冰冻的大脑中释放出的非血管细胞的细胞核图谱方法，作者试图将这些方法应用于人脑脉管系统。作者尝试了各种化学、酶促和物理方法；经过多次不成功的尝试，作者采用一种用于脾细胞分离的方法，并将其与我们现有的分离脑细胞和清理碎片的方法相结合。作者将此方法称为VINE-seq，用于“用于测序目的的血管分离和细胞核提取”。优化过程后，作者分析了来自老年痴呆患者和健康人的皮层或海马体的25个样本。
使用VINE-seq，作者能够从2 个大脑区域的 15 种主要细胞类型中捕获 143,793 个核转录本（图 1a，b）。作者获得的脑血管核数量超过了之前研究的数百倍。作者发现海马内皮细胞的炎症基因表达基线水平高于皮质内皮细胞，这或许可以解释为什么海马血管系统更容易受到与年龄相关的功能障碍的影响。作者还发现了人和小鼠血管细胞之间的转录差异。脑内皮细胞和周细胞以及小胶质细胞的差异最大，说明以前对脑血管系统进行小鼠研究的局限性。（说明单独使用小鼠和人对老年痴呆进行影响不能够完全代表人类试验结果。）通过捕获大量脑内皮细胞，作者能够将它们分类为静脉、毛细血管或动脉。区分这些细胞类型的分区标记也与小鼠中发现的不同。
图1 人脑血管系统中的基因表达情况。a. 细胞核的提取，分离，测序。b. 在人脑血管系统细胞中富集的与老年痴呆相关的全基因组关联研究系统相关基因。许多细胞（包括小胶质细胞）参与清除大脑中的蛋白质（包括A斑块和肽），或参与消除炎症（老年痴呆的假说有淀粉蛋白沉淀和炎症假说，所以这里强调这两点）。人类(H)和/或小鼠(M)中的基因表达情况。c. 与老年痴呆或在每种细胞类型中表达最多的相关性状相关的全基因组关联研究系统基因的表达情况。彩色文字显示在蛋白质相互作用网络中鉴定的富含内皮细胞的细胞结构，P<0.05。d.人类和小鼠的脑内皮细胞和壁细胞中表达的最高全基因组关联研究系统基因基因。其中A、动脉；Aβ，β淀粉样蛋白；AD，老年痴呆海默病；BEC，脑内皮细胞；C、毛细管；CSF，脑脊液；EC，内皮细胞；镁，小胶质细胞；Mφ，巨噬细胞；P，周细胞；OPC，少突胶质前体细胞；RMT，受体介导的胞吞作用；S，平滑肌；五、静脉。
结论和不足：
作者的研究结果表明，在老年痴呆海默病和其他与年龄相关的脑部疾病的研究中，应更加关注脉管系统。不同的细胞表达了不同的疾病相关基因。该研究思路为对这些未被充分研究的脑细胞进行其他研究打开了大门。
尽管作者已经在脑血管系统中显示了与老年痴呆海默病相关的基因表达，但并不能从机制上确定这些细胞和相关基因怎样参与了这种疾病的发病机制。与所有转录研究一样，也不能明确这些变化是疾病的驱动因素还是对疾病的反应。（虽然该研究可以知道不同细胞的表达的基因差异，但是并不能知道老年痴呆的病发几率，而且也不能明确表达差异是由于疾病造成的还是对疾病的一种正向的调节作用）。
既然作者已经建立了VINE-seq 方法，作者希望能够在各种疾病和衰老的背景下生成更多样本数更大的数据集。作者还想研究血管细胞中与老年痴呆相关的全基因组关联研究，以了解这些细胞是否足以驱动病理学。（下一步研究思路，就是对其他与衰老相关的疾病细胞进行研究，产生更多的研究数据，或者沿着老年痴呆和全基因组关联研究系统的基因进行深入研究。）
总结看法：
这项重要的研究是关于人脑中血管相关细胞基因表达的丰富信息资源，对研究人员将非常有价值。正如前文所述，小鼠模型中老年痴呆海默病的治疗策略并没有很好地转化为人类治疗，他们描述的小鼠和人类转录组之间的实质性差异可能能够解释原因。
山重水复疑无路，柳暗花明又一村
作为专注于血脑屏障的研究人员，从珍贵的人脑样本中进行单核RNA 测序准备工作却再次发现，作者在最终数据集中几乎没有血管内皮细胞，这是让作者很困惑。尝试了许多不同的方法之后仍然相同的结果。最后，在发现在匀浆后的脑组织的微血管，相当于将基底膜中的细胞核视为豆荚中的豌豆。因此，作者尝试使用注射器的柱塞将“核豌豆”从豆荚中弄出来。这是作者对VINE-seq的第一次粗略尝试—它奏效了！作者从最简单的方法开始改进，但这一技巧足以解决困扰该领域已久的问题。
参考文献：
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