Endothelial Response to Blood-Brain Barrier Disruption in the Human Brain

血脑屏障 紧密连接 跨细胞 细胞生物学 小窝 基底膜 生物 内皮干细胞 内吞作用 封堵器 神经科学 医学 细胞 信号转导 中枢神经系统 体外 生物化学
作者
Andrew Gould,Yu Luan,Ye Hou,Farida Korobova,Li Chen,Víctor A. Arrieta,Christina Amidei,Rachel Ward,Cristal Gomez,Brandyn Castro,Karl J. Habashy,Daniel Y. Zhang,Mark W. Youngblood,Crismita Dmello,John F. Bebawy,Guillaume Bouchoux,Roger Stupp,Michael Canney,Yue Feng,M. Luisa Iruela‐Arispe
出处
期刊:JCI insight [American Society for Clinical Investigation]
被引量:1
标识
DOI:10.1172/jci.insight.187328
摘要

Cerebral endothelial cell (EC) injury and blood-brain barrier (BBB) permeability contribute to neuronal injury in acute neurological disease states. Preclinical experiments have used animal models to study this phenomenon, yet the response of human cerebral ECs to BBB disruption remains unclear. In our Phase 1 clinical trial (NCT04528680), we used low-intensity pulsed ultrasound with microbubbles (LIPU/MB) to induce transient BBB disruption of peri-tumoral brain in patients with recurrent glioblastoma. We found radiographic evidence that BBB integrity was mostly restored within 1-hour of this procedure. Using single-cell RNA sequencing and transmission electron microscopy, we analyzed the acute response of human brain ECs to ultrasound-mediated BBB disruption. Our analysis revealed distinct EC gene expression changes after LIPU/MB, particularly in genes related to neurovascular barrier function and structure, including changes to genes involved in the basement membrane, EC cytoskeleton, and junction complexes, as well as caveolar transcytosis and various solute transporters. Ultrastructural analysis showed that LIPU/MB led to a decrease in luminal caveolae, the emergence of cytoplasmic vacuoles, and the disruption of the basement membrane and tight junctions, among other things. These findings suggested that acute BBB disruption by LIPU/MB led to specific transcriptional and ultrastructural changes and could represent a conserved mechanism of BBB repair after neurovascular injury in humans.

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