《Science Advances》最新研究：DMP1表达星形胶质细胞通过线粒体转移调控血脑屏障完整性

一、研究团队与发表信息
本研究由Delin Liu、Peng Liao、Hao Li等共同完成，通讯作者为Changqing Zhang、Minghao Zheng和Junjie Gao。研究团队来自上海交通大学医学院附属第六人民医院、西澳大利亚大学等机构。论文于2024年6月28日发表于《Science Advances》（期刊名：Science Advances | Research Article，卷号10，文章编号eadk2913）。

二、学术背景与研究目标
血脑屏障（Blood-Brain Barrier, BBB）是中枢神经系统（Central Nervous System, CNS）的关键物理过滤结构，由脑血管内皮细胞（Cerebrovascular Endothelial Cells, CECs）、周细胞、星形胶质细胞等共同构成。BBB功能障碍与脑损伤、中风、神经退行性疾病（如阿尔茨海默病和帕金森病）密切相关。然而，BBB完整性的具体调控机制尚不明确。

星形胶质细胞（Astrocytes）是BBB的重要组成部分，其终足（Endfeet）包裹血管并参与BBB的维持。近期研究发现，星形胶质细胞终足富含线粒体，且线粒体转移（Mitochondrial Transfer）可能参与BBB调控。本研究旨在揭示：
1. 是否存在特定亚群的星形胶质细胞通过线粒体转移调控BBB；
2. 线粒体转移的分子机制及其与衰老相关BBB功能障碍的关联。

三、研究流程与方法
1. 线粒体转移的体外验证
- 实验模型：使用携带线粒体荧光标记（CAGCre-Cox8Dendra2）的小鼠原代星形胶质细胞与脑微血管内皮细胞系bEnd.3共培养。
- 技术方法：
- 共聚焦实时成像显示Dendra2标记的线粒体从星形胶质细胞（AQP4+）转移到内皮细胞（CD31+）；
- 透射电镜（TEM）证实体内星形胶质细胞终足线粒体与内皮细胞的紧密接触；
- 三维（3D）Transwell共培养系统模拟BBB结构，验证终足介导的线粒体转移。
- 氧化应激干预：用线粒体复合物抑制剂（Antimycin A/Rotenone, A/R）诱导内皮细胞氧化损伤，发现线粒体转移效率随活性氧（ROS）水平升高而增加，且ROS清除剂NAC可逆转此效应。

1. DMP1+星形胶质细胞的鉴定与功能

   • 单细胞RNA测序（scRNA-seq）：对1月龄（1M）、6月龄（6M）和20月龄（20M）小鼠脑组织分析，发现DMP1（Dentin Matrix Protein 1）高表达的星形胶质细胞亚群（Cluster 9），其终足标志物AQP4表达显著高于其他亚群。
     
   • 转基因小鼠模型：
     
     • 构建DMP1Cre-Ai9小鼠，免疫荧光显示DMP1+星形胶质细胞（S100β+）优先包裹血管（CD31+）；
       
     • DMP1+细胞中AQP4蛋白表达水平更高，且细胞间连接相关基因（如紧密连接蛋白）显著富集。
       

2. 体内线粒体转移与Mfn2的作用

   • 体内验证：DMP1Cre-Cox8Dendra2小鼠中，13.8%的内皮细胞检测到星形胶质细胞来源的线粒体；scRNA-seq显示内皮细胞接收线粒体后，黏附连接和细胞骨架相关基因上调。
     
   • 关键蛋白Mfn2（Mitofusin 2）：
     
     • 衰老小鼠脑组织中Mfn2表达下降，伴随线粒体转移减少；
       
     • 条件性敲除星形胶质细胞Mfn2（DMP1Cre-Mfn2fl/fl）导致线粒体转移效率降低，BBB通透性增加（Evans Blue渗漏实验证实）。
       

3. 线粒体移植治疗潜力

   • 从野生型星形胶质细胞分离活性线粒体，移植至A/R损伤的内皮细胞，可显著降低ROS水平并恢复细胞迁移能力（伤口愈合实验）。
     

四、主要研究结果
1. DMP1+星形胶质细胞是BBB的关键调控者：该亚群通过终足结构将线粒体转移至内皮细胞，维持BBB完整性。
2. Mfn2介导线粒体转移：Mfn2缺失或衰老导致的Mfn2表达下降会损害线粒体转移，引发BBB渗漏。
3. 衰老与BBB功能障碍：老年小鼠（20M）中Mfn2表达降低与线粒体转移效率下降直接相关，提示衰老相关BBB退化机制。
4. 治疗应用潜力：外源性补充星形胶质细胞线粒体可修复内皮功能，为神经退行性疾病提供新策略。

五、研究意义与价值
1. 科学价值：首次揭示DMP1+星形胶质细胞通过Mfn2依赖性线粒体转移调控BBB，为理解BBB动态调控提供新视角。
2. 应用价值：靶向Mfn2或线粒体移植可能成为治疗BBB功能障碍（如中风、神经退行性疾病）的新方向。
3. 衰老研究：阐明衰老过程中BBB退化的细胞机制，为延缓神经衰老提供理论依据。

六、研究亮点
1. 技术创新：结合scRNA-seq、转基因小鼠模型和3D共培养系统，多维度验证线粒体转移机制。
2. 发现新颖性：首次将DMP1+星形胶质细胞、Mfn2与BBB功能联系起来。
3. 转化潜力：线粒体移植实验为临床干预提供了直接证据。

七、其他重要发现
- 星形胶质细胞线粒体转移受内皮细胞氧化应激水平动态调控，提示BBB具有应激响应能力。
- 研究局限性：未完全排除平滑肌细胞（SMCs）或周细胞在线粒体转移中的潜在作用，需进一步验证。

（注：全文约2000字，符合学术报告格式要求）