2月26日， 國際學(xué)術(shù)期刊Neuron在線發(fā)表了中國科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心（生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所）沈義棟研究組聯(lián)合上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院鄢秀敏團(tuán)隊(duì)的最新研究成果 “Macrophage-derived CTSS drives the age-dependent disruption of the blood-CSF barrier” 。該研究發(fā)現(xiàn)，在衰老過程中，腦室脈絡(luò)叢中的巨噬細(xì)胞分泌大量蛋白酶Cathepsin S (CTSS)，降解了脈絡(luò)叢上皮細(xì)胞間的連接蛋白Claudin1（CLDN1），從而破壞血-腦脊液屏障，引發(fā)大腦功能減退。這一發(fā)現(xiàn)不僅闡明了衰老破壞血-腦脊液屏障的分子機(jī)制，也為保護(hù)血-腦脊液屏障、延緩大腦衰老提供了潛在藥物靶點(diǎn)。
大腦作為人體的“司令部”，享有一套高度精密的保護(hù)機(jī)制，其中腦脊液扮演著重要角色。腦脊液將大腦和脊髓包裹其中，為中樞神經(jīng)系統(tǒng)提供支持和保護(hù)，也是中樞神經(jīng)微環(huán)境的重要組成部分。而腦室中的脈絡(luò)叢則是腦脊液的“生產(chǎn)工廠”，它通過一層特殊的上皮細(xì)胞——脈絡(luò)叢上皮細(xì)胞（CPEC）——將血液過濾并轉(zhuǎn)化為腦脊液。這層CPEC不僅是一道“濾膜”，還構(gòu)建了一道堅(jiān)固的防御屏障：血-腦脊液屏障。通過緊密的細(xì)胞連接，CPEC有效隔絕了血液中的有害物質(zhì)和炎癥因子，保護(hù)大腦免受外界侵害。
然而，隨著年齡的增長，這道屏障的“防御工事”逐漸脆弱，出現(xiàn)“漏洞”。血-腦脊液屏障的破損被認(rèn)為與神經(jīng)退行性疾病的發(fā)生和發(fā)展密切相關(guān)。然而，目前科學(xué)界對于這道屏障如何喪失完整性，以及其背后的分子機(jī)制，仍知之甚少。這些問題的解答，將為延緩大腦衰老、防治神經(jīng)退行性疾病提供關(guān)鍵線索。
研究團(tuán)隊(duì)首先對不同年齡小鼠脈絡(luò)叢上皮細(xì)胞間的緊密連接蛋白進(jìn)行定量分析，發(fā)現(xiàn)隨著衰老，僅CLDN1的水平顯著下降。更重要的是，CLDN1的減少與血液成分滲入大腦及炎癥反應(yīng)增強(qiáng)呈正相關(guān)，提示CLDN1的缺失可能是血-腦脊液屏障破壞的關(guān)鍵因素。然而，無論是RNA水平還是總蛋白水平，CLDN1在年輕和年老小鼠脈絡(luò)叢中的表達(dá)并無顯著變化，這表明CLDN1減少并非源自基因表達(dá)的下調(diào)，而可能是受到某種細(xì)胞外因子的直接降解。
進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，蛋白酶CTSS在老年小鼠脈絡(luò)叢巨噬細(xì)胞中的表達(dá)顯著升高，并大量富集于脈絡(luò)叢腔內(nèi)。值得注意的是，CTSS傳統(tǒng)上被認(rèn)為是胞內(nèi)溶酶體中的蛋白酶，而本研究則發(fā)現(xiàn)CTSS可被大量分泌至胞外，直接作用于CPEC胞間連接處的CLDN1，導(dǎo)致其水平下降。通過給老齡小鼠喂食或腦室注射CTSS抑制劑，研究團(tuán)隊(duì)觀察到CPEC間的CLDN1的水平得以恢復(fù)至年輕小鼠的水平，大腦炎癥顯著減輕，同時學(xué)習(xí)記憶能力提高，抑郁行為減弱。此外，通過腺相關(guān)病毒在老齡小鼠的CPEC中過表達(dá)抗CTSS降解的CLDN1，也取得了類似效果，表現(xiàn)為血-腦脊液屏障和神經(jīng)功能的改善。而在年輕小鼠CPEC中敲除CLDN1則加劇了屏障受損，進(jìn)一步證實(shí)了CTSS-CLDN1這對酶與底物在屏障衰老中的核心作用。
單細(xì)胞數(shù)據(jù)分析還揭示，脈絡(luò)叢中衰老細(xì)胞的積累可能通過激活巨噬細(xì)胞釋放CTSS，推動屏障破壞。通過檢測CCR2敲除小鼠（巨噬細(xì)胞招募受限）脈絡(luò)叢，以及清除老年小鼠脈絡(luò)叢中的衰老細(xì)胞或在年輕小鼠中誘導(dǎo)衰老細(xì)胞，研究團(tuán)隊(duì)最終確認(rèn)，衰老細(xì)胞是破壞血-腦脊液屏障的“幕后黑手”之一。
分子細(xì)胞卓越中心博士生陳一凡、助理研究員周一飛（現(xiàn)為哈佛醫(yī)學(xué)院/麻省總醫(yī)院博士后）以及博士生白雅卿為該論文的共同第一作者。分子細(xì)胞卓越中心沈義棟研究員、上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院鄢秀敏研究員和分子細(xì)胞卓越中心助理研究員周一飛為該論文共同通訊作者。分子細(xì)胞卓越中心石建濤研究員、陳正軍研究員、賈凱雯副研究員和工作人員宋夢嬌、戴鈺敏以及新華醫(yī)院青年研究員陳青霞參與研究工作。該研究得到了分子細(xì)胞卓越中心鄒衛(wèi)國研究員、朱學(xué)良研究員和王紅艷研究員的大力支持和幫助。該研究還得到分子細(xì)胞卓越中心分子生物學(xué)技術(shù)平臺、細(xì)胞分析技術(shù)平、生物信息學(xué)平臺和動物實(shí)驗(yàn)技術(shù)平臺的幫助與支持，和國家自然科學(xué)基金的資助。
衰老過程中脈絡(luò)叢中巨噬細(xì)胞分泌的CTSS破壞血-腦脊液屏障影響大腦功能的示意圖
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.neuron.2025.01.023
