《神经元》：北大/北京天坛医院研究团队揭示衰老相关血脑屏障渗漏机制，并发现PARP1抑制剂和NMN或可改善渗漏

血脑屏障可以保护大脑免受血源性毒素影响，对认知功能至关重要。因此，血脑屏障渗漏与认知功能受损和神经功能障碍有关。近期的研究显示，严重的血脑屏障破坏与衰老有关，并且可以作为认知功能障碍的早期生物标志物[1]。

然而，在衰老过程中，血脑屏障破坏的分子机制还不清楚，了解其中机制才能有针对性地预防或改善衰老相关血脑屏障破坏。

在最新的《神经元》杂志上，北京大学的郑乐民研究员/董尔丹院士和首都医科大学附属北京天坛医院的王拥军教授带领的研究团队发表了最新研究成果[2]。

他们发现，衰老过程中，脑血管细胞中连接蛋白43减少，通过PARP1-NAD+通路促进血脑屏障的破坏，补充PARP抑制剂奥拉帕利或NAD+前体烟酰胺单核苷酸（NMN）可以提高NAD+水平，减轻衰老相关血脑屏障渗漏。

为了搞清楚衰老过程中不同类型细胞的血脑屏障相关转录组变化，研究人员首先对3只年轻小鼠和3只年老小鼠的大脑皮质进行了高通量单核RNA测序，与年轻小鼠相比，年老小鼠的内皮细胞、少突胶质细胞祖细胞和室管膜细胞数量减少，血管标志物染色实验也证实了内皮细胞数量的减少。

血脑屏障相关细胞和非相关细胞之间的差异表达基因富集在紧密连接、缝隙连接、病灶黏附、转化生长因子β和炎症信号通路。

此前的研究显示，缝隙连接基因Gja1编码的连接蛋白43（CX43）敲除后影响血脑屏障完整性，而本次研究发现，Gaj1不仅在星形胶质细胞中表达，还在表达钙粘蛋白-5（Cdh5）的细胞，包括内皮细胞和两种血管软脑膜细胞中表达，并且在衰老过程中表达下降，是最显著的变化之一。

Gaj1表达下降导致了CX43的减少，在衰老和年轻的人脑样本中，研究人员也观察到了同样的现象。

衰老的人脑样本中CX43的水平显著下降

衰老与慢性炎症有关，在脂多糖诱导的炎症环境中，与对照组相比，整体或Cdh5+细胞特异性敲除CX43使得小鼠血脑屏障渗漏显著恶化，增加了工作记忆错误、参考记忆错误和逃生时间/距离，表明认知功能受损。

除了在细胞膜中发挥的典型功能外，CX43还具有一些非典型功能，包括在细胞核中的转录调控和在自噬小体中启动自噬。由于细胞代谢的改变会影响血管功能，因此，研究人员通过代谢组学探索了CX43对血管功能的调节作用。他们发现，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）等一系列烟酰胺代谢物的水平显著降低。

NAD+的分解代谢受到酶的调控，例如PARP、NAD+依赖性组蛋白去乙酰化酶（SIRT）和糖苷水解酶CD38。

PARP1能够与CX43相结合，在人和小鼠的大脑中，衰老组的PARP1水平均高于年轻组，CX43缺失增加了PARP1水平及其核易位，进而导致了NAD+的过度消耗。研究人员使用PARP1抑制剂奥拉帕利对老年小鼠进行了治疗，小鼠的血脑屏障渗漏得到了恢复。

补充了奥拉帕利的小鼠（两组绿色）在18个月时的血脑屏障渗漏显著减少

稳定的NAD+水平调节线粒体功能，研究人员发现，CX43减少导致的NAD+减少还降低了SIRT3的水平，诱导了异常的线粒体吞噬。在脂多糖的刺激下，SIRT3敲除显著破坏了小鼠的血脑屏障，与同窝同样16月龄的自然衰老小鼠相比，SIRT3敲除小鼠血脑屏障破坏更严重。

基于这些发现，研究人员尝试让小鼠从6月龄开始补充NAD+的前体物质NMN，12个月后，与未补充的对照组相比，NMN组的血脑屏障功能障碍明显更轻，NAD+的水平在NMN补充过程中增加。

补充了NMN的小鼠（两组绿色）在18个月时的血脑屏障渗漏显著减少

总的来看，这项研究表明，衰老过程中，脑血管细胞中CX43的表达降低，通过PARP1-NAD+依赖性的SIRT3降低和线粒体功能障碍，促进血脑屏障的破坏，补充奥拉帕利或NMN可以提高NAD+的水平，改善血脑屏障渗漏。这一发现建立了内皮细胞的CX43-PARP1-NAD+通路在血管衰老中的作用，并确定了一种潜在的衰老相关血脑屏障渗漏的治疗策略，有助于改善衰老相关认知障碍。

参考文献：

[1] Bien-Ly N, Boswell C A, Jeet S, et al. Lack of widespread BBB disruption in Alzheimer’s disease models: focus on therapeutic antibodies[J]. Neuron, 2015, 88(2): 289-297.

[2] https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(23)00622-0