《Nature Communications》：A spatiotemporal atlas of cerebrovascular development in zebrafish
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本研究针对脊椎动物脑血管发育过程中分子细胞动力学机制不清的问题，通过整合原位测序、单细胞转录组和3D血管重建技术，构建了斑马鱼大脑内皮发育（3-11 dpf）的时空图谱。研究发现脑血管发育存在从侧向血管化到实质内血管生成的模式转变，鉴定出6种内皮亚型，并证实三个未表征基因（slc16a1a、zgc:158423、cldc1）对血管模式形成和血脑屏障完整性具有关键调控作用，为脑血管发育研究提供了多尺度研究框架。
大脑作为人体最精密的器官，其正常功能维持离不开高度有序的血管网络供氧供能。尽管科学家们早已认识到脑血管系统发育的重要性，但对其形成过程中的分子调控机制和细胞动态变化始终缺乏系统认知。传统研究往往局限于单一尺度——要么关注基因表达，要么观察形态结构，难以将分子特征与三维空间架构有机联系。这种多尺度信息的割裂，成为理解脑血管发育调控网络的重大瓶颈。
针对这一挑战，研究团队选择斑马鱼这一理想模式生物，在《Nature Communications》发表了开创性研究成果。通过多学科技术融合，他们成功构建了首个涵盖分子、细胞和结构尺度的斑马鱼脑血管发育时空图谱，揭示了从侧向血管化到实质内血管生成的发育模式转变规律，为理解血脑屏障形成机制提供了全新视角。
关键技术方法主要包括：结合原位测序技术获取空间转录组数据，采用单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析内皮细胞异质性，运用三维血管重建技术对3-11天 post fertilization（dpf）的斑马鱼脑血管系统进行定量架构分析，并通过基因功能缺失实验验证关键基因的生理功能。所有实验均使用斑马鱼模型完成。
脑血管发育的时空动态
通过定量三维分析发现，斑马鱼大脑血管发育存在明显的阶段性特征。早期（3-5 dpf）以侧向血管化为主，血管主要沿脑表面扩展；而后期（6-11 dpf）则转变为实质内血管生成，血管深入脑组织内部形成密集网络。这种空间发育模式的转变与血脑屏障功能成熟过程高度同步。
内皮细胞亚型鉴定与功能特征
单细胞转录组分析成功鉴定出6个内皮细胞亚型，这些亚型在哺乳动物中具有保守性。其中毛细血管内皮细胞（CapECs）是颅内最主要的亚型，其转录组显示运输蛋白和紧密连接模块存在阶段特异性富集。值得注意的是，空间转录组数据显示CapECs在中脑和后脑区域逐渐富集，而动脉内皮细胞则在前脑血管中聚集。
血脑屏障发育与功能验证
功能实验证实斑马鱼血脑屏障在11 dpf时已具备完整功能。研究人员重点关注了三个在CapECs中特异性富集且功能未知的基因：slc16a1a（单羧酸转运蛋白）、zgc:158423（未表征基因）和cldc1（紧密连接相关蛋白）。通过基因扰动实验发现，这些基因的功能缺失会显著破坏脑血管模式形成和血脑屏障完整性，证明它们对脑血管系统正常发育至关重要。
研究结论与意义
该研究构建的多维时空图谱不仅提供了脑血管发育的进化视角，更重要的是搭建了分子表达与血管架构之间的桥梁。研究发现脑血管发育存在从侧向血管化到实质内血管生成的模式转变，这一过程与血脑屏障功能成熟密切相关。通过单细胞分辨率的功能分析，揭示了特定内皮细胞亚型在脑区域特异性分布规律，并鉴定出三个新的血脑屏障调控因子。这些发现为理解脑血管疾病发病机制、促进脑部药物递送技术发展提供了重要理论基础，建立的多尺度研究方法也为其他器官系统发育研究提供了可借鉴的范式。
