《Nature Neuroscience》：Base barrier cells provide compartmentalization of choroid plexus, brain and CSF
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這項(xiàng)研究解決了中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）免疫屏障長(zhǎng)期未知的細(xì)胞基礎(chǔ)與調(diào)控機(jī)制問(wèn)題。研究人員聚焦于脈絡(luò)叢（ChP）與腦實(shí)質(zhì)交界處，識(shí)別出一種名為脈絡(luò)叢基底屏障細(xì)胞（BBCs）的特化成纖維細(xì)胞群。這些細(xì)胞起源于腦膜間質(zhì)，終生存在且跨物種保守，通過(guò)緊密連接（TJs）和黏附連接（AJs）形成緊密屏障，區(qū)隔脈絡(luò)叢基質(zhì)、腦實(shí)質(zhì)與腦脊液（CSF）。研究表明，在系統(tǒng)性炎癥刺激下，BBCs的屏障完整性被破壞，免疫細(xì)胞可在此處跨屏障遷移。這一發(fā)現(xiàn)不僅揭示了CNS屏障系統(tǒng)的一個(gè)新組件，也為理解神經(jīng)炎癥和CNS免疫監(jiān)視開(kāi)辟了新途徑。
論文解讀文章
人的大腦是身體的“指揮部”，它擁有一個(gè)精密而復(fù)雜的內(nèi)部環(huán)境。為了維持這個(gè)環(huán)境的穩(wěn)定，免受血液中有害物質(zhì)和免疫細(xì)胞的侵?jǐn)_，大腦周?chē)Q立起了多重“城墻”，統(tǒng)稱(chēng)為中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）屏障。其中最廣為人知的是血腦屏障（BBB），它主要由腦血管內(nèi)皮細(xì)胞構(gòu)成。而負(fù)責(zé)產(chǎn)生腦脊液（CSF）的脈絡(luò)叢（Choroid Plexus， ChP）則形成了血腦脊液屏障（BCSFB），主要由脈絡(luò)叢上皮細(xì)胞間的緊密連接構(gòu)成。然而，脈絡(luò)叢并非孤立于腦組織之外，它與腦實(shí)質(zhì)緊密相連。這個(gè)連接處——即脈絡(luò)叢的基底區(qū)域——其細(xì)胞構(gòu)成、功能特性以及對(duì)CNS的“守門(mén)”角色，長(zhǎng)期以來(lái)一直是個(gè)謎團(tuán)。是否存在一種機(jī)制，能夠精確區(qū)隔脈絡(luò)叢的基質(zhì)、腦實(shí)質(zhì)和腦脊液，防止它們之間的物質(zhì)和細(xì)胞自由“串門(mén)”呢？
為了解決這個(gè)問(wèn)題，Verhaege等研究人員在《Nature Neuroscience》上發(fā)表了一項(xiàng)研究，他們鑒定出一種位于脈絡(luò)叢基底的特殊成纖維細(xì)胞亞群，將其命名為脈絡(luò)叢基底屏障細(xì)胞（ChP base barrier cells, BBCs）。研究表明，BBCs起源于腦膜間質(zhì)，在發(fā)育早期就已出現(xiàn)并持續(xù)終生。這些細(xì)胞通過(guò)豐富的緊密連接（Tight Junctions， TJs）和黏附連接（Adherens Junctions， AJs）相互緊密連接，形成了一個(gè)功能性的“塞子”，有效限制了小分子示蹤劑和免疫細(xì)胞在脈絡(luò)叢基質(zhì)、腦實(shí)質(zhì)與腦脊液之間的自由穿行。令人驚訝的是，這種屏障功能在系統(tǒng)性炎癥刺激下會(huì)受損，從而導(dǎo)致屏障通透性增加，免疫細(xì)胞在此處聚集并可能發(fā)生跨屏障遷移。這不僅揭示了一個(gè)全新的中樞神經(jīng)系統(tǒng)屏障站點(diǎn)，也為理解神經(jīng)炎癥條件下免疫細(xì)胞如何進(jìn)入CNS提供了新的視角和潛在干預(yù)靶點(diǎn)。
為開(kāi)展這項(xiàng)研究，作者們巧妙地綜合運(yùn)用了多種關(guān)鍵技術(shù)手段。他們首先利用單細(xì)胞RNA測(cè)序（scRNA-seq）技術(shù)對(duì)成年小鼠和人類(lèi)尸檢的脈絡(luò)叢組織進(jìn)行細(xì)胞圖譜繪制，識(shí)別出轉(zhuǎn)錄譜獨(dú)特的成纖維細(xì)胞亞群。通過(guò)譜系追蹤工具（如Mesp1Cre/+和Tbx18CreERT2/+小鼠），明確了BBCs的發(fā)育起源。熒光原位雜交（RNA-FISH）和免疫熒光染色等技術(shù)被用來(lái)在組織層面驗(yàn)證特定標(biāo)記物（如Igfbp6、Cldn11）的表達(dá)和細(xì)胞定位。為評(píng)估細(xì)胞連接結(jié)構(gòu)和功能，研究團(tuán)隊(duì)采用了高分辨率的電子顯微鏡技術(shù)，包括透射電鏡（TEM）、連續(xù)塊面掃描電鏡（SBF-SEM）和聚焦離子束掃描電鏡（FIB-SEM），并結(jié)合光鏡-電鏡相關(guān)成像（CLEM）進(jìn)行精準(zhǔn)定位。在功能驗(yàn)證方面，通過(guò)靜脈注射（i.v.）或側(cè)腦室注射（i.c.v.）生物素化右旋糖酐（3 kDa/10 kDa）的示蹤劑實(shí)驗(yàn)，直觀展示了BBCs對(duì)小分子擴(kuò)散的屏障作用。最后，通過(guò)腹腔注射脂多糖（LPS）建立系統(tǒng)性炎癥模型，并結(jié)合轉(zhuǎn)基因報(bào)告小鼠（CCR2GFP/+），評(píng)估了炎癥條件下BBCs的完整性和免疫細(xì)胞的動(dòng)態(tài)變化。
研究結(jié)果
scRNA-seq揭示脈絡(luò)叢內(nèi)兩種不同的成纖維細(xì)胞亞型
研究人員通過(guò)對(duì)成年小鼠側(cè)腦室和第四腦室脈絡(luò)叢進(jìn)行scRNA-seq分析，發(fā)現(xiàn)了兩種轉(zhuǎn)錄組截然不同的成纖維細(xì)胞亞群：I型（基質(zhì)）和II型（基底）成纖維細(xì)胞。兩者都表達(dá)典型的成纖維細(xì)胞基因，但I(xiàn)I型細(xì)胞顯著富集與細(xì)胞-細(xì)胞連接相關(guān)的基因，如TJs成分基因Cldn11。空間定位分析證實(shí)，Cldn11+的成纖維細(xì)胞（即BBCs）特異地定位于脈絡(luò)叢的基底區(qū)域。
脈絡(luò)叢基底成纖維細(xì)胞起源于腦膜，并終生存在
譜系追蹤實(shí)驗(yàn)（使用Mesp1Cre/+和Tbx18CreERT2/+小鼠）顯示，BBCs起源于胚胎期的腦膜間質(zhì)，并從胚胎發(fā)育早期（E13.5）就開(kāi)始出現(xiàn)，在出生后及衰老過(guò)程中持續(xù)存在。跨時(shí)間點(diǎn)的scRNA-seq分析進(jìn)一步證實(shí)，BBCs在整個(gè)生命周期中保持著穩(wěn)定的轉(zhuǎn)錄組特征。
脈絡(luò)叢基底成纖維細(xì)胞形成封閉的連接屏障
通過(guò)分析scRNA-seq數(shù)據(jù)并進(jìn)行基因本體（GO）富集分析，發(fā)現(xiàn)BBCs顯著富集與細(xì)胞-細(xì)胞連接、緊密連接和間隙連接相關(guān)的基因。免疫熒光染色清晰地顯示，BBCs高水平表達(dá)連接蛋白CLDN11、ZO1和CDH1，并在超微結(jié)構(gòu)層面通過(guò)電鏡觀察到這些細(xì)胞之間確實(shí)形成了黏附連接和緊密連接。三維重建分析顯示，這些細(xì)胞緊密地聚集在血管周?chē)纬梢粋�(gè)致密的細(xì)胞“塞”，封堵了脈絡(luò)叢基質(zhì)與腦脊液/腦實(shí)質(zhì)之間的通路。
脈絡(luò)叢基底屏障細(xì)胞隔絕脈絡(luò)叢基質(zhì)與腦實(shí)質(zhì)和腦脊液
功能示蹤實(shí)驗(yàn)提供了最直接的證據(jù)。當(dāng)從靜脈注射右旋糖酐示蹤劑時(shí)，分子可以穿過(guò)脈絡(luò)叢毛細(xì)血管的窗孔進(jìn)入基質(zhì)，但卻被基底層的BBCs有效阻擋，無(wú)法滲入腦脊液或腦實(shí)質(zhì)。反之，當(dāng)示蹤劑被直接注射到腦脊液中時(shí)，它們也無(wú)法穿透BBCs進(jìn)入脈絡(luò)叢基質(zhì)。這證明BBCs是一個(gè)雙向的、功能性的擴(kuò)散屏障。
炎癥削弱脈絡(luò)叢基底屏障的完整性
在脂多糖誘導(dǎo)的系統(tǒng)性炎癥模型中，BBCs的連接蛋白基因（如Cldn11）表達(dá)下降。功能上，靜脈注射的示蹤劑開(kāi)始在BBCs區(qū)域異常積聚，表明屏障通透性增加。超微結(jié)構(gòu)觀察也證實(shí)，炎癥狀態(tài)下細(xì)胞間的連接變得松散、開(kāi)放，失去了正常的致密結(jié)構(gòu)。
系統(tǒng)性炎癥促進(jìn)單核細(xì)胞在脈絡(luò)叢基底處的遷移
在穩(wěn)態(tài)條件下，表達(dá)CCR2的單核細(xì)胞主要位于脈絡(luò)叢基質(zhì)側(cè)。而在系統(tǒng)性炎癥狀態(tài)下，大量單核細(xì)胞聚集在BBCs層附近，并觀察到它們可能正在穿越屏障的形態(tài)學(xué)證據(jù)。這提示在炎癥條件下，受損的BBCs屏障可能成為免疫細(xì)胞進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)的一個(gè)新門(mén)戶(hù)。
脈絡(luò)叢基底屏障細(xì)胞在人類(lèi)中是保守的
研究人員對(duì)已發(fā)表的人類(lèi)脈絡(luò)叢單核RNA測(cè)序數(shù)據(jù)進(jìn)行整合分析，發(fā)現(xiàn)人類(lèi)脈絡(luò)叢中同樣存在一個(gè)表達(dá)CLDN11和IGFBP6的成纖維細(xì)胞亞群，其轉(zhuǎn)錄譜與小鼠的BBCs高度保守。后續(xù)的RNAscope和免疫熒光共定位也直接在人類(lèi)尸檢組織切片上驗(yàn)證了CLDN11+細(xì)胞定位于脈絡(luò)叢基底。
結(jié)論與討論
此項(xiàng)研究的主要結(jié)論是：研究人員發(fā)現(xiàn)并詳盡表征了位于脈絡(luò)叢基底的一類(lèi)全新的、具有屏障功能的成纖維細(xì)胞——脈絡(luò)叢基底屏障細(xì)胞（BBCs）。這些細(xì)胞起源于腦膜間質(zhì)，在發(fā)育早期出現(xiàn)并終生駐留，其存在具有跨物種保守性（從鼠到人）。BBCs通過(guò)形成緊密連接和黏附連接，構(gòu)成了一個(gè)有效的細(xì)胞屏障，在生理狀態(tài)下精確區(qū)隔了脈絡(luò)叢基質(zhì)、腦實(shí)質(zhì)和腦脊液這三個(gè)關(guān)鍵的中樞神經(jīng)系統(tǒng)腔室，這對(duì)于維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)部穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要。
這項(xiàng)研究的重大意義在于多方面地拓展了我們對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)屏障系統(tǒng)的認(rèn)知。首先，它將脈絡(luò)叢從一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的“CSF生產(chǎn)工廠”重新定義為具有多個(gè)獨(dú)立功能區(qū)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，其中BBCs構(gòu)成了一個(gè)此前未知的、關(guān)鍵的屏障組件。其次，研究揭示了這一屏障的動(dòng)態(tài)可塑性。在系統(tǒng)性炎癥刺激下，BBCs的連接完整性被破壞，屏障功能受損，同時(shí)伴隨著免疫細(xì)胞的局部聚集。這強(qiáng)烈暗示BBCs不僅是穩(wěn)態(tài)的守護(hù)者，也可能在神經(jīng)炎癥、感染或自身免疫性疾病中，成為免疫細(xì)胞進(jìn)入中樞神經(jīng)系統(tǒng)的新路徑，從而為理解多發(fā)性硬化癥、阿爾茨海默病、細(xì)菌性腦膜炎等疾病的病理機(jī)制提供了全新的細(xì)胞和分子視角。最后，研究通過(guò)整合單細(xì)胞測(cè)序、譜系追蹤、高分辨率成像和功能示蹤等多種技術(shù)，為系統(tǒng)研究其他組織的基質(zhì)細(xì)胞亞群及其屏障功能樹(shù)立了方法論典范。
總之，脈絡(luò)叢基底屏障細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)，不僅填補(bǔ)了中樞神經(jīng)系統(tǒng)解剖學(xué)和生理學(xué)的一個(gè)長(zhǎng)期空白，更重要的是，它開(kāi)辟了一個(gè)全新的研究領(lǐng)域：靶向或調(diào)控這一屏障，可能為治療涉及血腦脊液屏障功能障礙和免疫細(xì)胞異常浸潤(rùn)的中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病帶來(lái)新的曙光。
