泛滥论文恐变废纸,用了近十年的血脑屏蔽模子,被发现竟是错的

血脑屏障(BBB)是指脑毛细血管壁与神经胶质细胞形成的血浆与脑细胞之间的屏障和由脉络丛形成的血浆和脑脊液之间的屏障,仅允许特定类型的分子从血流进入大脑神经元和其他周围细胞。血脑屏障的存在,对于阻止有害物质由血液进入大脑具有重要意义,然而,血脑屏障同时也阻止了大多数小分子药物和大分子(例如肽,蛋白质和基于基因的药物)的转移,严重限制了神经中枢系统疾病(例如神经退行性疾病、脑肿瘤,脑部感染和中风等)的治疗。

但实际上,人血脑屏障很难研究,因为,人血脑屏障与动物血脑屏障之间存在许多差异,因此,动物水平的血脑屏障研究往往并不能代表人血脑屏障研究。

2012年6月,威斯康星麦迪逊大学的研究人员在 Nature Biotechnology 杂志发表论文,该研究将已分化的成熟细胞诱导为多能干细胞,进而再分化为具有血脑屏障功能的内皮细胞。

这种在实验室培养皿中建立的人血脑屏障模型,被用于研究药物递送和神经系统疾病,但是这些诱导而来的细胞的精确身份并未得到很好的描述,这可能会导致不正确的生理学研究,以及产生效果不佳的临床治疗方法。近日,美国威尔康奈尔医学院的研究人员在 PNAS 发表了题为:Pluripotent stem cell-derived epithelium misidentified as brain microvascular endothelium requires ETS factors to acquire vascular fate 的研究论文。

该研究发现,近十年来在实验室中广泛用于研究血脑屏障的细胞模型其实搞错了,这意味着近十年来这些相关研究论文,以及基于此进行的药物研发可能并不准确。

此外,研究团队还发现了纠正这些错误的方法,在诱导的多能细胞中激活 ETVFLI1 和 ERG 这三个转录因子,可以产生行为更像真正内皮细胞的细胞,从而建立更精确的血脑屏障细胞模型。这也为研究神经系统疾病和开发治疗药物带来了新希望。

哥伦比亚大学欧文医学中心的 Dritan Agalliu 首先发现,2012年这项研究中诱导的所谓人“大脑微血管内皮细胞”其行为不像人脑中的正常内皮细胞。因此他这怀疑这种构建血脑屏障细胞模型的方案可能产生了错误类型的细胞。

大约同时,威尔康奈尔医学院的研究人员也发现了这一疑点,于是这两个研究团队决定合作,重复 Nature Biotechnology 论文中的操作流程,并对这些细胞进行了大规模的单细胞RNA测序。

实验结果表明,通过上述方法构建的用于研究血脑屏障的人脑内皮细胞,缺少天然内皮细胞中的几种关键蛋白质,而且这种细胞与大脑中不存在的其他类型的细胞有着更多共同点。研究团队认为,这种错误可能是因为诱导的多能细胞实际上分化成了其他类型细胞导致的,而当时可以鉴定细胞身份的单细胞测序技术尚未成熟。细胞识别错误是目前科学界急需解决的问题,以便开发出与人脑中实际存在的细胞相似的细胞。

我们能够利用这种细胞来研究遗传因素在神经系统疾病中的作用,并开发出突破血脑屏障的药物和治疗方法。更重要的是,研究团队进一步鉴定到了三个基因——ETVFLI1 和 ERG,这三个基因在诱导的多能细胞中被激活后,可以产生行为更像真正内皮细胞的细胞。总的来说,该研究表明,之前被广泛使用的创建血脑屏障细胞模型的方法实际上得到是错误的细胞类型。

研究团队发现,将多能干细胞定向分化为大脑内皮细胞,还需要过表达三个关键转录因子——ETVFLI1 和 ERG,这些发现有助于开发更强大的体外血脑屏障研究模型,促进神经功能疾病的研究和药物发现。https://www.nature.com/articles/nbt.2247https://www.pnas.org/content/118/8/e2016950118。

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