研究人员对构建保护性脑屏障的细胞提供新见解
加州大学圣地亚哥分校生物学家发现"僵尸"细胞在发育中的大脑中出人意料的作用
关键要点
- 研究人员发现了关于屏障形成细胞如何保护和滋养大脑的新证据
- 衰老细胞（或"类老化"细胞）通常与衰老和疾病相关，但新发现揭示了它们在发育中的大脑及其他方面的形成作用
人体最重要的保护特征之一是脑屏障系统，包括血脑屏障和血-脑脊液(CSF)屏障。这些屏障由高度特化的细胞组成，允许必需营养物质进入，同时阻挡可能在血液中循环的危险毒素和病原体。科学家长期以来一直知道这些屏障的作用，但对它们在发育过程中如何构建了解较少。
由加州大学圣地亚哥分校(UCSD)研究人员领导并在《细胞》杂志发表的一项新研究揭示了一个关键贡献者：衰老细胞。这些通常与衰老和疾病相关的细胞在发育过程中似乎有助于构建和支持大脑的保护屏障。
研究的核心是对衰老细胞的不断发展的理解，传统上这些细胞被称为"僵尸"细胞，因为它们不再能够分裂，但又不会完全死亡。衰老细胞随着年龄增长而积累，并与组织功能障碍、慢性炎症和认知能力下降相关，使其成为旨在减缓与年龄相关衰退的疗法的有吸引力的目标。
然而，近年来的新研究表明，衰老细胞并不严格与衰老和疾病相关。研究人员发现衰老细胞在发育中的小鼠胚胎中暂时出现，并在肢体和肾脏发育中发挥作用。其他研究发现，衰老细胞在伤口愈合中具有短暂作用，这表明这些细胞在某些情况下可能是有益的。这导致了这样一种观点：当衰老是暂时的时，它是有益的；但当它持续存在时，它是有害的。
生物科学学院助理教授Hiruy Meharena实验室的研究表明，衰老细胞在大脑发育中发挥先前未被认识的作用。
研究小鼠发育中的大脑时，项目科学家Ashley Watson发现衰老细胞在两个关键脑屏障系统形成过程中的特定阶段出现：血脑屏障和血-脑脊液屏障。
Watson（该研究的第一作者）表示："我们发现这些与衰老相关的状态出现在非常特殊的屏障细胞类型中，并且在大脑发育的精确时刻出现，这表明它们可能在构建大脑的保护屏障中发挥特殊作用。"
研究人员在研究中使用了多种方法，包括单细胞RNA测序、成像和遗传谱系追踪。他们发现三种细胞类型在发育过程中进入衰老状态：血管内皮细胞（红色）、脑内常驻巨噬细胞（绿色）和脉络丛上皮细胞（黄色）。这些细胞以不同方式促进大脑保护屏障的形成。在内皮细胞和巨噬细胞中，衰老似乎有助于协调血管模式和血脑屏障的形成。在产生脑脊液并形成血-脑脊液屏障的脉络丛中，衰老似乎支持屏障的发育和功能。
研究发现，衰老的血管内皮细胞和脑内常驻巨噬细胞仅在形成血脑屏障的胚胎血管生长和重塑过程中短暂出现。相比之下，脉络丛上皮细胞在发育后很久仍保留衰老特征，并持续存在于成年期。
Meharena表示："这是最出人意料的发现之一。发育性衰老通常被视为一个短暂的过程。在这里，我们发现了一群大脑细胞似乎在成年后仍保持与衰老相关的特征。这项研究表明，衰老在大脑中可以采取许多不同的形式，这取决于细胞类型和发育阶段。"
为了测试这些细胞是否具有功能重要性，研究人员在胚胎发育期间消除了衰老细胞。缺乏这些细胞的小鼠胚胎在脑屏障形成和液体平衡方面出现了异常，表明与衰老相关的细胞有助于正常的大脑发育。
Watson补充道："最让我们惊讶的是，衰老不是一个单一的状态。它在不同细胞类型中看起来非常不同，并且似乎根据其发生的位置和时间发挥不同的功能。此外，这些细胞并不是独立作用的。衰老似乎帮助不同类型的细胞协同工作，以构建并在某些情况下维持大脑的保护屏障。"
研究人员目前正在研究衰老及相关过程在脑部疾病中如何展开。
该研究的合著者包括：L. Ashley Watson、Zoe Adelsheim、Mackenzie J. Carter、Grace T. Carter、Karen L. Jimenez-Reyes、Huijie Du、Ziqing Zhu、David B. Berry、Mia C. Paredez、Rania H. Palaniappan、John M. Augustine和Hiruy S. Meharena。
该研究由美国国立卫生研究院（1R01HD115635-01）和加州大学圣地亚哥分校神经生物学和分子生物学系提供资金支持。
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