揭示Apelin信号通路在脉络丛窗孔毛细血管形成中的中枢神经系统特异性调控机制

本研究针对中枢神经系统血管异质性形成机制这一关键科学问题，通过多学科交叉方法揭示了Apelin信号通路在脉络丛(CP)窗孔毛细血管发育中的特异性调控作用。研究人员发现Apelin受体b(aplnrb)可作为窗孔内皮细胞新标记物，证实了脑膜来源的Apelin通过建立局部配体梯度指导窗孔血管定向生长，该发现为脑血管疾病治疗提供了新靶点。相关成果发表于《Nature Communications》。

　　

在复杂的脑血管网络中，血脑屏障(BBB)和窗孔毛细血管构成了功能迥异的双重系统。BBB通过紧密连接严格调控物质交换，而脉络丛(CP)等特殊区域的窗孔毛细血管则通过膜孔结构实现高效分子转运。虽然Wnt/β-catenin和VEGF信号通路在BBB形成中的作用已被阐明，但决定脑血管异质性的关键调控机制仍是未解之谜。这一科学问题的解答对理解阿尔茨海默病(AD)和多发性硬化(MS)等神经退行性疾病的血管病理机制具有重要意义。

研究团队主要运用了以下关键技术：1) 构建plvabp:mNeonGreen和aplnrb:Venus-PEST转基因斑马鱼报告系统；2) 采用APLNR(K235)-cpGFP构象生物传感器实时监测Apelin配体梯度；3) 通过荧光激活细胞分选(FACS)分离脑膜成纤维细胞进行RNA测序分析；4) 建立BMP信号通路抑制剂DMH1处理模型；5) 显微注射荧光微球示踪脑脊液(CSF)流动动力学。

Genome-wide分析揭示aplnrb是窗孔血管形成的关键候选因子

通过分析斑马鱼单细胞RNA测序数据，发现aplnrb与窗孔内皮标志物plvabp表达高度相关。构建的双转基因报告系统证实两者在CP血管中具有重叠表达模式，而BBB血管中不表达，提示Apelin信号可能特异性调控窗孔血管发育。

Apelin信号特异性调控窗孔血管形成

基因功能研究表明，apln突变体幼虫完全缺失髓脑CP(mCP)血管，间脑CP(dCP)血管形态异常。值得注意的是，Apelin过表达并不改变plvabp表达水平，说明其作用机制独立于经典窗孔形成通路。组织特异性拯救实验证实Aplnrb而非Aplnra是介导该过程的关键受体。

Apelin是CP特异性窗孔血管形成通路

进一步分析显示，Apelin信号对神经垂体等其它脑区窗孔血管无影响。在dCP中主要参与血管重塑而非初始出芽，表明其功能具有区域和内皮亚型特异性。这种精确的调控模式满足了CP独特的器官型血管需求。

Apelin在斑马鱼脑中作为旁分泌信号分子发挥作用

时空表达分析显示，aplnrb在早期(48-54 hpf)同时表达于BBB和窗孔血管，后期(72-120 hpf)则特异性富集于CP窗孔内皮。apln表达细胞始终位于血管出芽位点附近，形成明显的"先导-跟随"模式，提示其通过旁分泌机制指导血管定向生长。

Apelin由中胚层来源的脑膜成纤维祖细胞表达

通过谱系追踪和转录组分析，确认apln表达细胞为未分化的软脑膜成纤维祖细胞。这些细胞高表达leptomeningeal标志物(lama2、crabp2a等)，经谱系追踪证实最终分化为蛛网膜成纤维细胞。BMP信号通路抑制剂处理显著上调apln表达，揭示微环境信号对配体表达的精细调控。

局部Apelin配体热点指导mCP窗孔血管形成

全局性Apelin过表达破坏mCP血管模式，而APLNR-cpGFP生物传感器成像直接捕捉到配体梯度从初始出芽位点(48 hpf)向吻合部位(54 hpf)的动态迁移。这种时空精确的配体分布为窗孔血管提供定向导航线索，解释其特异性靶向CP的分子基础。

该研究首次确立了脑膜-血管间的Apelin信号轴是CP窗孔血管发育的中枢神经系统(CNS)特异性通路。从机制上看，未分化的软脑膜成纤维祖细胞通过建立局部Apelin配体梯度，选择性激活窗孔内皮上的Aplnrb受体，从而精确指导血管出芽和靶向。这一发现不仅解释了脑血管异质性形成的分子基础，更提出了aplnrb作为窗孔内皮第二标志物的重要概念。

从转化医学角度看，研究揭示了GPCR信号在脑血管发育中的特异性调控作用。鉴于GPCR是重要的药物靶点家族，Apelin信号通路为AD、MS等神经退行性疾病的血管靶向治疗提供了新思路。特别值得注意的是，该研究建立的APLNR构象生物传感器技术为体内实时监测旁分泌信号梯度提供了创新工具，将推动发育生物学研究方法的革新。

未来研究可进一步探索：1) Apelin信号在成年CP血管稳态维持中的作用；2) 该通路在哺乳动物脑血管发育中的保守性；3) Apelin调控窗孔形成与神经退行性疾病的关联机制。这些方向的研究将深化对脑血管疾病病理机制的理解，并为开发靶向干预策略奠定理论基础。