先天基因缺陷导致的颅缝早闭是颅颌面最为严重的疾病之一，由颅缝线在婴儿时期过早融合引起。该疾病导致颅骨生长畸形、颅内压升高、脑发育迟缓【1,2】。颅缝早闭患者通常表现出认知功能障碍和语言及智力障碍【3-6】。洛杉矶南加州大学柴洋（Yang Chai）院士和陈健夫教授（Jian-Fu Chen） 团队合作发表在Cell正刊的前期研究首次在Twist1基因突变的颅缝早闭小鼠模型实现功能性颅缝再生，修正颅骨畸形并逆转认知行为缺陷【7】。然而对于颅缝早闭导致认知行为障碍以及颅缝重建修复认知障碍所依赖的具体机制还尚不清楚。
2023年10月19日，陈健夫（Jian-Fu Chen）和柴洋（Yang Chai）团队延续前期研究，在Cell Stem Cell 发表了一篇题为 Skull progentior cell-driven meningeal lymphatic restoration improves neurocognitive functions in craniosynostosis 的文章，他们发现硬脑膜内Gli1+细胞对于脑膜内淋巴管形态的维持发挥关键作用。由于Twist1+/-颅缝早闭小鼠Gli1+细胞过早丢失【8】导致硬脑膜淋巴管减少及其回收脑内组织液运至颈深淋巴结的功能减弱，并最终导致认知和运动学习能力缺陷。通过颅缝重建手术将Gli1+细胞移植回Twist1+/-小鼠可以恢复硬脑膜内VEGF-C水平，因此进一步修复硬脑膜内淋巴管形态和功能缺陷，最终挽救小鼠的行为异常。
本研究显示，Twist1+/-小鼠较野生型小鼠的硬脑膜淋巴管显著减少，由此伴随脑脊液灌洗大脑，淋巴管回收脑组织液并运送至颈深淋巴管功能减弱。前期研究表明Gli1+细胞丢失会导致颅缝闭合和伴随症状，基于Gli1+细胞移植的颅缝重建手术可以逆转以上症状。本研究中作者发现通过该手术同样可以挽救Twist1+/-小鼠硬脑膜淋巴管形态和功能的缺陷。而利用光敏药物Visudyne人为杀死硬脑膜淋巴管后能彻底清除Gli1+细胞移植手术对于Twist1+/-小鼠行为上的纠正效果，证明Gli1+细胞移植主要通过修复硬脑膜淋巴管改善神经功能。
接着，作者利用Gli1-CreERT2;ROSA26-tdTomato小鼠标记Gli1+细胞，发现其与硬脑膜中的淋巴管紧密分布，暗示二者可能存在直接的互作。作者随即发现利用培养过Gli1+细胞的培养基处理人原代淋巴内皮细胞（LEC）可以促进LEC的增殖和迁移。而后通过免疫级联反应（ELISA）和Western Blot实验进一步证明Gli1+细胞能够分泌VEGF-C通过其受体VRGFR3影响下游ERK、AKT和S6的信号通路。功能性研究方面，作者利用编码VEGF-C的AAV病毒通过小脑延髓池 （Cisterna Magna）注射进脑脊液，发现该方法虽然不能修正颅缝早闭导致的颅骨畸形，但是能够有效改善Twist1+/-小鼠硬脑膜淋巴管形态和功能以及认知行为障碍。
综上所述，这项研究揭示了颅缝早闭导致认知和学习行为障碍的细胞和分子机制，发现硬脑膜中Gli1+细胞和VEGF-C在维持硬脑膜淋巴管形态的功能维持的重要性，因此也为颅缝早闭导致的认知和学习行为缺陷的治疗提供新思路。
通讯作者陈健夫（Jian-Fu Chen）实验室正在招聘博士后， 主要用小鼠和人类诱导多能干细胞（iPSCs）研究大脑和颅面部发育、再生以及它们之间的相互作用（https://chenlab.usc.edu）。有兴趣的个人可以投递简历：jianfu@usc.edu。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.stem.2023.09.012
参考文献
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