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科普|大腦三維血管網(wǎng)絡(luò)形成的細胞和分子機制揭示

來源：科技日報 ? 2020-08-24 11:14:04

大腦發(fā)育過程中，血管的路徑選擇對腦血管三維網(wǎng)絡(luò)的形成至關(guān)重要。23日，記者從中國科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越中心(神經(jīng)科學(xué)研究所)獲悉，該中心研究人員以斑馬魚為模型發(fā)現(xiàn)，大腦血管內(nèi)皮頂端細胞分支上機械敏感通道Piezo1介導(dǎo)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(wǎng)絡(luò)的形成模式。相關(guān)研究成果發(fā)表在《神經(jīng)元》上。

血管發(fā)育主要是通過血管新生的方式，持續(xù)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(fù)雜但有序的三維血管網(wǎng)絡(luò)。“頂端細胞的路徑選擇至關(guān)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(wǎng)絡(luò)模式形成的關(guān)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(xué)與智能技術(shù)卓越中心研究員杜久林說。

為了探索內(nèi)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(nèi)皮頂端細胞在發(fā)育過程中的細胞形態(tài)和鈣離子活動的動態(tài)變化，發(fā)現(xiàn)機械敏感性陽離子通道Piezo1介導(dǎo)了頂端細胞局部鈣活動的產(chǎn)生和相應(yīng)分支的生長命運;敲除Piezo1可導(dǎo)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(wǎng)絡(luò)發(fā)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(dǎo)了Piezo1-鈣離子活動誘發(fā)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(fā)育過程中機械敏感通道Piezo1及其下游的鈣離子活動對內(nèi)皮頂端細胞的路徑選擇的重要作用。

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