Ny kartläggning ger kunskap om blodkärlens betydelse vid hjärnsjukdom

Blodkärlssystemet i hjärnan är precis som på andra ställen i kroppen uppbyggt av artärer, vener, och tunna mellanliggande kärl, kapillärer, genom vilka det huvudsakliga utbytet av syre, näring och avfallsprodukter sker. Men hjärnans blodkärl skiljer sig från alla andra i ett viktigt avseende – den så kallade blod-hjärnbarriären – som strikt begränsar vilka substanser som kan passera genom blodkärlsväggen. Blod-hjärnbarriären skyddar hjärnan från potentiellt giftiga ämnen som nått blodet via födan, tarmfloran och infektioner i kroppen, samtidigt som den också möjliggör selektiv passage av det som hjärnan behöver för sin uppbyggnad och funktion.

– Det framstår allt tydligare att en frisk blod-hjärnbarriär en förutsättning för en fungerande hjärna och att felaktig funktion hos blod-hjärnbarriären är en del av många, kanske de flesta, sjukdomar i hjärnan. Den exakta uppbyggnaden av blod-hjärnbarriären har varit ofullständigt känd, därför behövdes en detaljerad kartläggning av hjärnans blodkärl och deras barriärfunktioner, säger Christer Betsholtz, professor vid Uppsala universitet och Karolinska Institutet, som lett den aktuella studien.

Den cellulära och molekylära karta som forskargruppen vid institutionen för immunologi, genetik och patologi vid Uppsala universitet har tagit fram tillsammans med forskare vid Karolinska Institutet har gjorts med en relativt ny teknik som kallas ”single cell RNA sequencing” (encells-RNA-sekvensering på svenska). I korthet innebär tekniken att blodkärlen i hjärnan först bröts isär i enstaka celler, som sedan, en och en, kartlades avseende sin genaktivitet och jämfördes med varandra. Sedan fastställdes både den grundläggande celltypen för varje cell liksom eventuella gradvisa specialiseringar.

– Vi hittade inte bara de kända celltyper som vi redan vet bygger upp alla blodkärl utan vi såg också gradvisa skillnader i cellerna utefter blodflödesriktningen från artär, via kapillär, till ven. Vi kunde för första gången i detalj se hur blod-hjärnbarriären skiljer sig åt mellan de olika typerna av blodkärl i hjärnan, säger forskaren Michael Vanlandewijck.

Blod-hjärnbarriären har hittills ansetts vara en specialisering hos cellerna som täcker blodkärlens insida, de så kallade endotelcellerna. Den nya studien visar emellertid att flera andra celltyper sannolikt är inblandade. En av dessa är de så kallade pericyterna, en hitintills anonym celltyp som ligger i kapillärväggen. Dessa celler har nu för första gången definierats molekylärt och forskarna såg tydliga tecken på att hjärnans pericyter skiljer sig från andra blodkärls pericyter och att de aktivt medverkar till att upprätthålla blod-hjärnbarriären.

– Med vår kartläggning kan en rad olika gener med känd eller förmodad funktion i hjärnsjukdomar nu knytas till specifika celltyper i hjärnans blodkärl. Resultaten pekar på att betydligt fler celltyper än vad vi tidigare anat är inblandade i neurovaskulära sjukdomar som alzheimer och hjärntumörer. Vi har nu möjlighet att studera detta systematiskt vid olika sjukdomstillstånd med samma typ av analyser som vi har använt här, säger Christer Betsholtz.

Studien har gjorts i samarbete mellan forskare vid Uppsala universitet, Karolinska institutet samt i Frankrike, Finland, Schweiz, Japan och Kina.

“A molecular atlas of cell types and zonation in the brain vasculature”, Michael Vanlandewijck, Liqun He, Maarja Andaloussi Mäe, Johanna Andrae, Koji Ando, Francesca Del Gaudio, Khayrun Nahar, Thibaud Lebouvier, Bàrbara Laviña, Leonor Gouveia, Ying Sun, Elisabeth Raschperger, Markus Räsänen, Yvette Zarb, Naoki Mochizuki, Annika Keller, Urban Lendahl, Christer Betsholtz. Nature, online 14 February 2018. DOI: 10.1038/nature25739.

Kerstin Henriksson