慢性脑低灌注（CCH）是血管性痴呆的主要诱因之一。然而，关于脑血管损伤进展的机制仍不明确。本研究通过双侧颈总动脉狭窄（BCAS）建立小鼠模型，有效模拟了脑血流减少的关键特征。结合小鼠皮层成像和单细胞转录组学分析，我们发现静脉内皮细胞经历了与Epas1表达增加相关的适应不良性结构变化，并激活了发育性血管生成通路。在比较动脉和静脉细胞的人类细胞模型中，观察到低氧条件下EPAS1信号在静脉细胞中持续激活。抑制EPAS1可减少脑血管异常、小胶质细胞活化，并改善体内脑灌注指标。此外，在人类受试者中，来自静脉血管的受损内皮细胞水平与脑白质损伤及较差的认知功能相关。这些结果表明，EPAS1可能是恢复脑血管完整性和减轻神经炎症的潜在治疗靶点。
动脉-静脉对脑低灌注的不同反应
使用激光多普勒流量仪测量基线脑血流读数。在BCAS模型中，永久性地将直径为0.18毫米的微线圈固定在双侧颈总动脉上。纵向数据分析显示，血流在手术后立即降至60%-70%，随后在第5天部分恢复，并在术后30天内保持稳定。免疫荧光成像显示，假手术组小鼠的血管密度在10天和60天之间无显著变化，而BCAS组小鼠在60天时表现出显著的血管密度增加，提示慢性低灌注引发的血管生成反应。三维血管图像进一步显示，静脉血管比动脉血管更早出现血管生成芽生现象，且这种效应在60天时仍然存在。
单细胞转录组揭示促血管生成的静脉细胞
通过单细胞RNA测序分析，我们确定了BCAS和假手术组小鼠前额叶皮层组织中的内皮细胞亚型。结果显示，BCAS组中静脉和静脉毛细血管内皮细胞的比例显著增加，这与表型证据一致，表明静脉血管生成扩张更为明显。差异表达基因分析显示，静脉毛细血管和毛细血管细胞涉及最多的显著差异调节基因，包括血管形态发生、细胞连接组装和血管生成等过程。
EPAS1优先调控静脉对低氧的血管生成反应
为了验证内皮细胞状态如何介导静脉细胞的优先血管生成表型，我们利用人类动脉和静脉细胞体外分化系统。实验表明，暴露于1%氧气条件下，静脉细胞中EPAS1信号比动脉细胞更显著且持续时间更长。核转位分析显示，静脉细胞中EPAS1在6小时内增加了4倍，并在48小时内保持稳定，而动脉细胞中仅轻微增加。此外，抑制EPAS1的小分子药物PT2385显著减少了低氧诱导的静脉细胞管状结构形成。
EPAS1抑制恢复脑血流并抑制静脉相关小胶质细胞活化
PT2385在体内的显著效果促使我们评估其在BCAS模型中的作用。通过每日口服给药30天，我们发现PT2385处理使BCAS小鼠的脑血流恢复至假手术对照水平，同时逆转了血管密度增加和血管生成芽生现象。免疫荧光分析显示，PT2385处理还减少了静脉相关小胶质细胞的数量和活化程度，表明EPAS1在静脉应激诱导的小胶质细胞反应中起关键作用。
静脉功能障碍与人类脑血管病变及认知功能下降相关
最后，我们将BCAS相关的脑静脉病理与人类脑血流、脑血管负担及认知功能联系起来。通过对47名参与者进行磁共振成像（MRI）、脑血流分析和认知评估，我们发现循环内皮细胞（CECs）水平与脑白质高信号评分显著相关。特别是ACKR1阳性CECs的比例与执行功能、语言能力和整体认知评分呈负相关。这些结果表明，静脉内皮损伤与人类认知功能下降相关。
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