Cell 重磅发布！首个人类脑血管空间图谱发布：揭示“血管细胞集合体”新机制

近日，国际顶级学术期刊《Cell》发表一项里程碑式的研究成果：加州大学旧金山分校领衔的研究团队成功绘制了首个人类脑血管空间图谱，首次在单细胞分辨率下揭示了大脑血管系统的精细组织结构，并提出“血管细胞集合体”这一全新概念。这项研究不仅为理解人类脑血管生物学提供了前所未有的资源，更为神经系统疾病的精准诊疗开辟了新方向。

图形摘要

超大规模：跨越31万个细胞的“血管百科全书”

研究团队整合了来自39名捐赠者的5个独立单细胞/单核RNA测序数据集，经过严格质量控制后，共获得314,535个高质量转录组数据，其中包括167,573个血管细胞。通过先进的迭代聚类分析，研究人员系统性地定义了涵盖内皮细胞、周细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞和血管周围巨噬细胞在内的5大类主要血管细胞及其16个亚型，构建了目前最为全面的人类脑血管细胞分类体系。

值得注意的是，这项研究首次清晰勾勒出沿动静脉轴分布的完整内皮细胞谱系——从动脉、小动脉、毛细血管到小静脉、静脉，每个节段的细胞都展现出独特的基因表达特征，即所谓的“区域化”现象。

创新理念：空间转录组学揭示“血管细胞集合体”

为了将这些分子定义的细胞类型映射到真实的大脑结构中，研究团队对6名捐赠者的颞叶皮层和7名捐赠者的海马组织进行了高精度空间转录组学分析，共计绘制了1,529,740个细胞的空间分布图。

研究最引人注目的发现是提出了“血管细胞集合体”的概念。这些集合体是由内皮细胞、壁细胞、成纤维细胞和血管周围巨噬细胞组成的规律性微型群落，它们沿着动静脉轴精确排列，协同执行特定节段的功能——包括神经血管耦合、血脑屏障转运和免疫监视。

研究发现，不同类型的血管细胞并非随机分布，而是像乐高积木一样按照固定模式组装成功能单元，这种空间组织逻辑对于维持大脑微环境的稳态至关重要。

壁细胞：被低估的血管功能调节者

研究特别关注了长期以来备受争议的壁细胞定位问题。通过将空间转录组学与动静脉轴分析相结合，研究人员首次在人类大脑中明确了不同壁细胞亚型的精确定位：

• 基质周细胞主要分布于小动脉和小静脉，富含细胞外基质基因，具有稳定血管结构的作用；

• 转运周细胞则富集于毛细血管，高表达多种溶质载体转运蛋白，参与血脑屏障的物质交换；

• 平滑肌细胞进一步分为动脉型、小动脉型和静脉型，各自承担不同的收缩和信号传导功能。

令人惊讶的是，跨物种比较显示，人类周细胞在转运功能方面表现出显著的物种特异性，这提示人类周细胞可能进化出了更高效的毛细血管运输能力。

疾病易感性的“血管节段密码”

研究团队将遗传风险分析与空间图谱相结合，系统评估了多种神经系统疾病的血管细胞特异性易感性。结果显示：

• 脑小血管病的遗传风险主要集中在基质周细胞和转运周细胞，其中COL4A1和COL4A2等单基因突变导致的Gould综合征与基质周细胞密切相关；

• 阿尔茨海默病的风险基因显著富集于血管周围巨噬细胞，这与既往关于该类细胞参与淀粉样蛋白相关神经血管功能障碍的研究高度一致；

• 肌萎缩侧索硬化症和额颞叶痴呆的风险则特异性地指向周细胞和平滑肌细胞；

• 偏头痛的遗传风险主要定位于动脉内皮细胞和转运周细胞。

不同疾病并不是一样地影响所有血管，而是精准攻击特定的血管节段和细胞类型，这意味着未来的治疗策略也需要更加精准化。研究还利用Drug2Cell计算框架，预测了不同药物在不同血管节段的作用效果。

研究意义与未来展望

这项研究不仅为理解人类脑血管生物学提供了全新的视角，也为解码神经系统疾病的易感性和治疗反应建立了重要蓝图。这些图谱为研究人类脑血管生物学提供了宝贵资源，并为开发针对特定血管细胞集合体的精准疗法奠定了基础。随着这一领域的持续深入，更多基于血管靶点的神经系统疾病治疗方案将在不远的将来问世。

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(26)00805-6

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