幼年斑马鱼大脑三维血管网络的共聚焦显微成像图片：红色显示脑血管网络，箭头指示内皮顶端细胞。
 

本报讯（见习记者何静）中科院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）杜久林团队以斑马鱼为模型，发现了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，导致顶端细胞分支收缩或伸长，从而决定血管生长的路径选择和脑血管网络的形成模式。相关研究成果近日在线发表于《神经元》。

血管发育主要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。血管内皮顶端细胞位于血管生长锥的前端，不断从其尖端处伸出多个动态变化的亚细胞分支及浓密的丝状“伪足”，引领血管生长锥向其靶标血管生长，这个过程是血管内皮顶端细胞的路径选择。

杜久林表示，顶端细胞好比血管生长的“火车头”，“‘火车头’决定了所在血管的生长路径，也是决定各器官组织中（包括大脑）三维血管网络模式的关键” 。

为进一步了解这一路径选择的细胞分子机制，杜久林团队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发育过程中的细胞形态和钙离子动态变化，发现内皮顶端细胞不断地伸出动态性很强的亚细胞分支，“缩回”的亚细胞分支被淘汰，直至完全消失，而“伸长”的亚细胞分支稳定下来，决定了内皮顶端细胞的生长方向。

研究人员还发现，脑血管内皮顶端细胞的分支上呈现不同频率的局部自发钙离子活动，“高频”钙离子活动与顶端细胞分支的“收缩”密切相关，而“低频”钙离子活动与顶端细胞分支的“伸长”相关。

通过对局部钙离子活动的来源进行探究，研究人员发现机械敏感性阳离子通道Piezo1介导了顶端细胞局部钙离子活动的产生和相应分支的生长；敲除Piezo1可导致斑马鱼大脑血管内皮顶端细胞分支上钙离子活动减少、顶端细胞路径选择缺陷和大脑三维血管网络发育异常。研究发现，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。

“8年前，我们团队曾发现大脑血管三维网络形成后，局部脑血管中血流的降低和变异引起血管内皮细胞的迁移，导致所在血管消失，进而简化了飞速增长的脑血管三维网络，提高了脑血流效率。” 杜久林表示，“前期积累结合这项成果，我们能从血管生长和修剪两个侧面系统揭示大脑血管三维网络的形成机制。”

相关论文信息 ：https://doi.org/10.1016/j.neuron.2020.07.025