The human brain vasculature is of great medical importance: its dysfunction causes disability and death1, and the specialized structure it forms—the blood–brain barrier—impedes the treatment of nearly all brain disorders2,3. Yet so far, we have no molecular map of the human brain vasculature. Here we develop vessel isolation and nuclei extraction for sequencing (VINE-seq) to profile the major vascular and perivascular cell types of the human brain through 143,793 single-nucleus transcriptomes from 25 hippocampus and cortex samples of 9 individuals with Alzheimer’s disease and 8 individuals with no cognitive impairment. We identify brain-region- and species-enriched genes and pathways. We reveal molecular principles of human arteriovenous organization, recapitulating a gradual endothelial and punctuated mural cell continuum. We discover two subtypes of human pericytes, marked by solute transport and extracellular matrix (ECM) organization; and define perivascular versus meningeal fibroblast specialization. In Alzheimer’s disease, we observe selective vulnerability of ECM-maintaining pericytes and gene expression patterns that implicate dysregulated blood flow. With an expanded survey of brain cell types, we find that 30 of the top 45 genes that have been linked to Alzheimer’s disease risk by genome-wide association studies (GWASs) are expressed in the human brain vasculature, and we confirm this by immunostaining. Vascular GWAS genes map to endothelial protein transport, adaptive immune and ECM pathways. Many are microglia-specific in mice, suggesting a partial evolutionary transfer of Alzheimer’s disease risk. Our work uncovers the molecular basis of the human brain vasculature, which will inform our understanding of overall brain health, disease and therapy. A method called vessel isolation and nuclei extraction for sequencing (VINE-seq) produces a molecular map of vascular and perivascular cell types in the human brain and reveals their contributions to Alzheimer’s disease risk.

The vascular interface of the brain, known as the blood-brain barrier (BBB), is understood to maintain brain function in part via its low transcellular permeability1-3. Yet, recent studies have demonstrated that brain ageing is sensitive to circulatory proteins4,5. Thus, it is unclear whether permeability to individually injected exogenous tracers-as is standard in BBB studies-fully represents blood-to-brain transport. Here we label hundreds of proteins constituting the mouse blood plasma proteome, and upon their systemic administration, study the BBB with its physiological ligand. We find that plasma proteins readily permeate the healthy brain parenchyma, with transport maintained by BBB-specific transcriptional programmes. Unlike IgG antibody, plasma protein uptake diminishes in the aged brain, driven by an age-related shift in transport from ligand-specific receptor-mediated to non-specific caveolar transcytosis. This age-related shift occurs alongside a specific loss of pericyte coverage. Pharmacological inhibition of the age-upregulated phosphatase ALPL, a predicted negative regulator of transport, enhances brain uptake of therapeutically relevant transferrin, transferrin receptor antibody and plasma. These findings reveal the extent of physiological protein transcytosis to the healthy brain, a mechanism of widespread BBB dysfunction with age and a strategy for enhanced drug delivery.

Abstract The human brain vasculature is of vast medical importance: its dysfunction causes disability and death, and the specialized structure it forms—the blood-brain barrier—impedes treatment of nearly all brain disorders. Yet, no molecular atlas of the human brain vasculature exists. Here, we develop Vessel Isolation and Nuclei Extraction for Sequencing (VINE-seq) to profile the major human brain vascular and perivascular cell types through 143,793 single-nucleus transcriptomes from 25 hippocampus and cortex samples of 17 control and Alzheimer’s disease (AD) patients. We identify brain region-enriched pathways and genes divergent between humans and mice, including those involved in disease. We describe the principles of human arteriovenous organization, recapitulating a gradual endothelial and punctuated mural cell continuum; but discover that many zonation and cell-type markers differ between species. We discover two subtypes of human pericytes, marked by solute transport and extracellular matrix (ECM) organization; and define perivascular versus meningeal fibroblast specialization. In AD, we observe a selective vulnerability of ECM-maintaining pericytes and gene expression patterns implicating dysregulated blood flow. With an expanded survey of brain cell types, we find that 30 of the top 45 AD GWAS genes are expressed in the human brain vasculature, confirmed in situ . Vascular GWAS genes map to endothelial protein transport, adaptive immune, and ECM pathways. Many are microglia-specific in mice, suggesting an evolutionary transfer of AD risk to human vascular cells. Our work unravels the molecular basis of the human brain vasculature, informing our understanding of overall brain health, disease, and therapy.

Aim: Vaginitis and other vaginal discharge syndromes lead to high healthcare utilization. Molecular tests like syndromic multiplex real-time (RT) polymerase chain reaction (PCR)-based tests are highly sensitive and specific at diagnosing the infectious causes of vaginitis. This study compared the healthcare resource utilization (HCRU) and direct all-cause healthcare costs among patients with vaginitis in the US receiving next-day syndromic multiplex RT-PCR tests with those receiving other PCR tests or no diagnostic test of interest. Patients & methods: This retrospective study utilized claims data from IQVIA PharMetrics ® Plus database to identify adult patients with a diagnosis for vaginitis (first claim = index) from January 2021 to April 2023, with 6 months of continuous enrollment prior to (baseline) and after index (follow-up). Pairwise comparisons were conducted between RT-PCR and 1:1 propensity matched Other PCR and No Test subcohorts for all-cause HCRU and costs during follow-up. Results: Each of the RT-PCR, Other PCR and No Test subcohorts included 1946 matched patients. Mean(SD) follow-up total cost was significantly lower for the RT-PCR than the No Test subcohort ($5607 [$15,122] vs $6680 [$20,751], p = 0.0023). Mean(SD) overall outpatient and other medical service costs were lower for RT-PCR versus Other PCR (outpatient: $2964 [$9666] vs $3174 [$7113], p = 0.0110; other medical: $1961 [$9244] vs $2099 [$6475], p = 0.0002) and No Test subcohorts (outpatient: $2964 [$9666] vs $4067 [$12,341], p < 0.0001; other medical: $1961 [$9244] vs $2973 [$11,685]; p < 0.0001). A lower proportion had any outpatient service HCRU in RT-PCR versus Other PCR subcohort (92.6% vs 94.2%, p = 0.0349). A lower proportion had any other medical service claim in RT-PCR versus Other PCR (78.3% vs 83.2%, p < 0.0001) and No Test subcohorts (78.3% vs 83.0%, p = 0.0001). Physician office, emergency room (ER), prescription use and costs were similar between the subcohorts. Conclusion: The use of syndromic multiplex RT-PCR diagnostics with next day test results in patients with vaginitis was associated with lower outpatient costs and total healthcare costs than those in the no test cohort over 6 months. These findings indicate that use of syndromic multiplex RT-PCR diagnostics may contribute to improved patient management compared with clinical diagnosis alone.