撰文 | 王聰

血腦屏障（BBB）是指腦毛細血管壁與神經膠質細胞形成的血漿與腦細胞之間的屏障和由脈絡叢形成的血漿和腦脊液之間的屏障，僅允許特定型別的分子從血流進入大腦神經元和其他周圍細胞。

血腦屏障的存在，對於阻止有害物質由血液進入大腦具有重要意義，然而，血腦屏障同時也阻止了大多數小分子藥物和大分子（例如肽，蛋白質和基於基因的藥物）的轉移，嚴重限制了神經中樞系統疾病（例如神經退行性疾病、腦腫瘤，腦部感染和中風等）的治療。

但實際上，人血腦屏障很難研究，因為，人血腦屏障與動物血腦屏障之間存在許多差異，因此，動物水平的血腦屏障研究往往並不能代表人血腦屏障研究。

2012年6月，威斯康星麥迪遜大學的研究人員在 Nature Biotechnology 雜誌發表論文【1】，該研究將已分化的成熟細胞誘導為多能幹細胞，進而再分化為具有血腦屏障功能的內皮細胞。

這種在實驗室培養皿中建立的人血腦屏障模型，被用於研究藥物遞送和神經系統疾病，但是這些誘導而來的細胞的精確身份並未得到很好的描述，這可能會導致不正確的生理學研究，以及產生效果不佳的臨床治療方法。

近日，美國威爾康奈爾醫學院的研究人員在 PNAS 發表了題為：Pluripotent stem cell-derived epithelium misidentified as brain microvascular endothelium requires ETS factors to acquire vascular fate 的研究論文【2】。

該研究發現，近十年來在實驗室中廣泛用於研究血腦屏障的細胞模型其實搞錯了，這意味著近十年來這些相關研究論文，以及基於此進行的藥物研發可能並不準確。

此外，研究團隊還發現了糾正這些錯誤的方法，在誘導的多能細胞中啟用 ETV2、FLI1 和 ERG 這三個轉錄因子，可以產生行為更像真正內皮細胞的細胞，從而建立更精確的血腦屏障細胞模型。這也為研究神經系統疾病和開發治療藥物帶來了新希望。

哥倫比亞大學歐文醫學中心的 Dritan Agalliu 首先發現，2012年這項研究中誘導的所謂人“大腦微血管內皮細胞”其行為不像人腦中的正常內皮細胞。因此他這懷疑這種構建血腦屏障細胞模型的方案可能產生了錯誤型別的細胞。

大約同時，威爾康奈爾醫學院的研究人員也發現了這一疑點，於是這兩個研究團隊決定合作，重複 Nature Biotechnology 論文中的操作流程，並對這些細胞進行了大規模的單細胞RNA測序。

實驗結果表明，透過上述方法構建的用於研究血腦屏障的人腦內皮細胞，缺少天然內皮細胞中的幾種關鍵蛋白質，而且這種細胞與大腦中不存在的其他型別的細胞有著更多共同點。

研究團隊認為，這種錯誤可能是因為誘導的多能細胞實際上分化成了其他型別細胞導致的，而當時可以鑑定細胞身份的單細胞測序技術尚未成熟。

細胞識別錯誤是目前科學界急需解決的問題，以便開發出與人腦中實際存在的細胞相似的細胞。我們能夠利用這種細胞來研究遺傳因素在神經系統疾病中的作用，並開發出突破血腦屏障的藥物和治療方法。

更重要的是，研究團隊進一步鑑定到了三個基因——ETV2、FLI1 和 ERG，這三個基因在誘導的多能細胞中被啟用後，可以產生行為更像真正內皮細胞的細胞。

總的來說，該研究表明，之前被廣泛使用的建立血腦屏障細胞模型的方法實際上得到是錯誤的細胞型別。研究團隊發現，將多能幹細胞定向分化為大腦內皮細胞，還需要過表達三個關鍵轉錄因子——ETV2、FLI1 和 ERG，這些發現有助於開發更強大的體外血腦屏障研究模型，促進神經功能疾病的研究和藥物發現。

論文連結：

https://www.nature.com/articles/nbt.2247

https://www.pnas.org/content/118/8/e2016950118