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血脑屏障(blood-brain barrier,BBB)对维持中枢神经系统的稳态至关重要,其发育是一个由血管内皮细胞、周细胞等紧密协同的渐进过程,包括BBB诱导形成和屏障功能成熟两个阶段。尽管对于内皮细胞或周细胞在BBB发育中的功能都分别有报道,然而这两种细胞之间是如何协同调控BBB发育的,目前并不清楚。 和其他实验室的前期工作发现,细胞粘附分子CD146在内皮细胞和周细胞上均有表达,并调控血管的紧密性和中枢神经系统的免疫反应,这两个现象都与BBB功能密切相关。据此,推测CD146可能在BBB发育中发挥重要作用。为了证明这一假设,设计了以下实验。 首先,为了观察CD146在BBB发育过程中的表达谱,根据BBB发育的不同阶段,利用三维重构、渲染以及流式细胞术的方法,在不同血管类型以及脑组织不同区域中,全面检测了CD146的分布。在研究中,发现一个有趣的现象:CD146分子在内皮细胞和周细胞上的表达,随着BBB发育过程中周细胞募集的增多呈现动态变化。在BBB发育的早期,仅由内皮细胞组成的不成熟血管上,CD146在内皮细胞上表达。然而,随着BBB发育过程中周细胞的募集,CD146在内皮细胞上的表达消失了,转而在周细胞上表达。这些结果暗示CD146可能协调这两种细胞动态调控BBB发育。 为了解释CD146的动态表达模式,选用斑马鱼模型和多种CD146敲除小鼠模型,包括全身敲除和条件敲除(内皮细胞和周细胞特异敲除)小鼠,用于研究CD146协同血管内皮细胞与周细胞促进BBB发育的作用机制。结果表明,CD146的动态表达可以协调内皮细胞和周细胞的相互作用,从而在时空上调控BBB的发育。在BBB发育早期,CD146在血管内皮细胞上表达,通过上调紧密连接蛋白主要成员claudin-5的表达,促进内皮细胞间的紧密连接,从而诱导BBB形成。随后,内皮细胞开始募集周细胞,周细胞上的CD146作为PDGFRβ共受体,促进周细胞的增殖、迁移和向内皮细胞的募集,进而促进BBB成熟。周细胞包裹内皮细胞后,通过分泌TGF-β1下调内皮细胞CD146的表达,由此抑制CD146介导的免疫细胞浸润,促进中枢的免疫稳态,使屏障功能达到进一步成熟。 本研究突破了以往单独对内皮细胞或周细胞在BBB发育中的研究局限,将这两类细胞的互作与BBB发育有机地结合起来,深入揭示了BBB发育中内皮细胞和周细胞有序渐进的协同作用机制。这一理论创新也为中枢炎症性疾病的治疗和药物输送提供了新靶点。