周细胞对脑血管发育的影响及其神经调控

Pericyte is an important cellular component of the blood-brain barrier. It plays a vital role in regulating many aspects of neurovascular processes, such as the tight junction formation of endothelial cells in brain vasculature, the differentiation of blood-brain barrier, the structural stability of microvessels. However, the role of pericytes in brain vascular development is still unclear. In view of the preliminary work of our group regarding as the development of brain vasculature and the influence of neural activity on brain vascular development, we hypothesize that pericytes may play an important role in mediating the regulation of neural activity on brain vascular development. In this project, we are planning to examine the regulation of pericytes on the development of brain vasculature, the regulation of the morphology and function of pericytes by neural activity, and the mediation effect of pericytes on the neural regulation of brain vascular development. We will first study in the mediating function of pericytes to vascular pruning, vascular development pattern, and angiogenesis; and then, by combining the methods of in vivo calcium imaging and optogenetics, we will further to analyze the dynamic changes of pericyte calcium signals, study the mediating function of neural activity to pericytes and its molecular mechanism; finally, explore the key function of pericytes during the process of neural activity regulating brain vascular development. This project will uncover the new function of pericytes in regulating brain vascular development.

周细胞是血脑屏障的重要细胞成分,在脑血管内皮细胞紧密连接形成、血脑屏障分化、微血管结构稳定性等方面起重要调节作用，但其在脑部血管发育中的作用尚不清楚。鉴于我们研究组关于脑血管发育、神经活动对脑血管发育调节等方面的前期工作，推测周细胞可能作为“桥梁”，在神经活动调节血管发育中发挥了重要作用。在本项目中，我们拟研究周细胞对脑血管发育的调节、神经活动对周细胞形态和功能的调节、以及周细胞介导神经系统对脑血管发育的调节。首先研究周细胞对血管修剪、脑血管发育模式和新生血管的调控作用；进而，通过结合在体钙成像和光遗传学方法，分析周细胞钙信号的动态变化，研究神经活动对周细胞的调节功能及其分子机制；最后，探索周细胞在神经活动对脑血管发育的调节过程中发挥了关键的作用。本项目的研究将揭示周细胞在调节脑血管发育过程中的新功能。

大脑是一个非常耗能的器官。确保不同脑区有合适的血液供应是维持不同生理条件下正常脑功能所必须的。然而，由于技术限制，目前为止几乎没有在大尺度上细胞分辨率水平操控神经活动和血管功能的相关研究。因此，全脑水平的脑血流调节相关研究非常缺少。蓝斑神经元是脑内去甲肾上腺素的主要来源，广泛地投射覆盖到大脑的血管区域。因此，我们假设蓝斑神经元是大脑血流的中枢调节器。通过应用钙成像、血管和血流动力学的全脑成像，化学遗传学和光遗传学操作，双光和药物介导的细胞消除方法等，我们发现蓝斑神经元能通过调节周细胞功能调节全脑血流动力学。空间上，蓝斑神经元对周细胞的神经支配呈外侧到内侧梯度变化，蓝斑神经元释放的去甲肾上腺素相应地作用于周细胞。同时，放射状胶质细胞的活性标志着周细胞的整体活化，特别是位于电脑中间的周细胞。通过操控放射状胶质细胞的活性，我们发现放射状胶质细胞能将蓝斑-去甲肾上腺素信号传递给位于大脑中间位置的周细胞。我们的研究结果表明，在全脑尺度上，空间上分离的周细胞受到脑区特定的蓝斑-去甲肾上腺素作用的协调。