大脑三维血管网络形成的细胞和分子机制揭示

大脑发育过程中，血管的路径选择对脑血管三维网络的形成至关重要。中国科学院脑科学与智能技术卓越中心（神经科学研究所）的研究人员以斑马鱼为模型发现，大脑血管内皮顶端细胞分支上机械敏感通道Piezo1 介导的钙离子活动的频率高低，决定了顶端细胞分支收缩或伸长的命运，从而决定血管生长的路径选择和脑血管三维网络的形成模式。相关研究成果发表在《神经元》上。

血管发育主要是通过血管新生的方式，持续地从已存在的血管上生长出新的血管分支，从而形成一个复杂但有序的三维血管网络。“顶端细胞的路径选择至关重要，它决定了血管生长的路径，是决定各器官组织中（包括大脑）三维血管网络模式形成的关键。然而，目前我们对顶端细胞路径选择的机制仍知之甚少。”中科院脑科学与智能技术卓越中心研究员杜久林说。

为了探索内皮顶端细胞路径选择的细胞分子机制，研究人员首先通过在体长时程成像，实时观察幼年斑马鱼脑部内皮顶端细胞在发育过程中的细胞形态和钙离子活动的动态变化，发现机械敏感性阳离子通道Piezo1 介导了顶端细胞局部钙活动的产生和相应分支的生长命运；敲除Piezo1 可导致斑马鱼大脑血管顶端细胞分支上钙活动减少、顶端细胞路径选择缺陷和大脑三维血管网络发育异常，同时钙激活的蛋白水解酶Calpain 和一氧化氮合成酶信号通路分别介导了Piezo1-钙离子活动诱发的顶端细胞分支的收缩或伸长的命运。

杜久林表示，该工作首次阐明了大脑三维血管发育过程中机械敏感通道Piezo1 及其下游的钙离子活动对内皮顶端细胞的路径选择的重要作用。