血管系統(tǒng)是 動物進化的重要里程碑，它打破了氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)擴散的物理極限，支撐了復雜器官的特化。其中的腦血管形成一道通透性嚴密受控的血腦屏障，既保護神經(jīng)系統(tǒng)免受血液內(nèi)有害物質(zhì)侵害，又調(diào)控神經(jīng)系統(tǒng)和血液循環(huán)系統(tǒng)之間的營養(yǎng)和信號交換。然而，大腦血管表面蛋白質(zhì)組的動態(tài)變化及其在生命周期中如何維持屏障功能，長期以來缺乏系統(tǒng)的活體研究。

2026 年 4 月 9 日， 霍華德休斯醫(yī)學研究所 珍妮亞 研究園區(qū) 李 介 夫團隊 在 Science 發(fā) 表題為 Luminal surface proteome of the brain vasculature uncovers blood-brain barrier regulators 的研究論文。該研究開發(fā)了一種通用的無需基因編輯的活體血管腔面蛋白質(zhì)組標記方法，結(jié)合蛋白質(zhì)譜分析繪制了小鼠從發(fā)育、成年到衰老全過程的腦血管蛋白質(zhì)動態(tài)圖譜，并通過在體基因編輯與篩選發(fā)現(xiàn)了兩個維持血腦屏障完整性的關鍵新因子及其機制。

精準定位： 過氧化物酶介導的 在體標記血管腔面分子

血管腔面是血液與組織交換的最前沿，密布著跨膜轉(zhuǎn)運體、信號分子受體和細胞外基質(zhì)等蛋白。由于血管系統(tǒng)具有高度的器官特異性，傳統(tǒng)的體外模型難以模擬真實的生理環(huán)境。

為了在活體內(nèi)精準“抓拍”這些蛋白質(zhì)，研究人員 通過心臟灌流把 小麥胚芽 凝集素 與 辣根過氧化物酶的偶聯(lián)物遞送到全身血液循環(huán)系統(tǒng)中。 小麥胚芽凝集素 特異性結(jié)合 血管腔面上 的糖蛋白糖脂 而使偶聯(lián)物被錨定在血管內(nèi)皮細胞上 。 隨后 過氧化物酶 催化生物素鄰近標記偶聯(lián)物附近的蛋白，由此實現(xiàn)了血管腔面蛋白質(zhì)組的高靈敏度捕捉。由于這種方法不依賴于基因修飾，因此它不僅適用于常見的模式生物小鼠，還能被成功應用于進化上更接近靈長類動物的樹鼩。

免疫熒光染色結(jié)果顯示小麥胚芽凝集素-辣根過氧化物酶偶聯(lián)物催化的生物素臨近標記良好地標記了血管腔面

生命軌跡：從“旺盛擴張”到“炎癥僵化”

研究人員 從 發(fā)育期（出生后 14 天）、成年期（出生后 12 周 ） 和老年期（出生后 80 周）的小鼠采集樣品， 被 生物素 標記的蛋白質(zhì)經(jīng)過富集后被用于 定量 蛋白質(zhì)譜分析。 研究人員發(fā)現(xiàn)腦血管蛋白質(zhì)組在生命周期中經(jīng)歷了深刻的重塑。在發(fā)育至成年期，血管經(jīng)歷了一場功能轉(zhuǎn)型：例如與血管生成相關的因子和氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白集體下調(diào)，而負責排出代謝廢物的轉(zhuǎn)運蛋白的表達量則顯著上升。而在衰老階段，腦血管中也展現(xiàn)出明顯的衰老特征 ：腔面環(huán)境變得更為僵硬，促炎相關信號通路被上調(diào)，感知和調(diào)節(jié)血流壓力的蛋白表達失調(diào)。

新生兒衛(wèi)士： 氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白 - 一氧化氮合成酶 通路 在發(fā)育早期的必要性

這項研究最引人注目的發(fā)現(xiàn)之一是揭示了血腦屏障在不同生命階段的維持機制存在顯著差異。研究發(fā)現(xiàn)氨基酸轉(zhuǎn)運蛋白 SLC7A1 是發(fā)育早期腦血管中富集程度最高的蛋白質(zhì)之一。 研究人員通過靶向腦血管內(nèi)皮細胞的腺相關病毒遞送 CRISPR-Cas9 介導的基因敲除系統(tǒng)。實驗表明，在新生小鼠中敲除 SLC7A1 會導致嚴重的血腦屏障滲漏，而在成年小鼠中則無此現(xiàn)象。對于 SLC7A1 代謝通路的上下游分析進一步表明其通過介導精氨酸攝取，為內(nèi)皮 細胞的一氧化氮合成酶 NOS3 提供底物以產(chǎn)生一氧化氮。這一路徑（ SLC7A1-NOS3 軸）是發(fā)育早期維持血腦屏障完整性的必要條件，而在成年小鼠中非必需，反映了發(fā)育時期 分子機制的獨特性。

（ 左 ） 腺相關 病毒 遞送的 CRISPR-Cas9 系統(tǒng)；（右） SLC7A1-NOS3 代謝通路

終生守護者： 透明質(zhì)酸降解酶 HYAL2 與透明質(zhì)酸代謝

正如前文所述，研究人員在蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)了多種蛋白表達模式：發(fā)育期高表達，成年期高表達后隨衰老而下降， 終生維持較 穩(wěn)定表達等等。如果說 SLC7A1 是階段性衛(wèi)士，那么透明質(zhì)酸降解酶 HYAL2 則是貫穿一生都在守護腦血管的穩(wěn)定。 在生命周期的任何階段缺失 HYAL2 都會導致嚴重的血腦屏障破壞。通過進一步的結(jié)構生物學分析和在體基因回補實驗，研究人員證實了 HYAL2 的酶活性結(jié)構域?qū)S持屏障完整性至關重要。小鼠與人類的 HYAL2 在結(jié)構和功能上高度保守，為相關的臨床研究提供了依據(jù)。

展望未來：精準給藥與疾病干預

這項研究不僅在首次將一氧化氮和透明質(zhì)酸代謝與血腦屏障完整性直接聯(lián)系起來，更在技術上開辟了探究循環(huán)系統(tǒng)中的細胞表面蛋白質(zhì)組的新途徑。這種時空解析的蛋白質(zhì)組學方法可以用于研究多種生理和病理條件下的血管重構，并有望為開發(fā)跨越血腦屏障的藥物遞送系統(tǒng)尋找新的分子靶點。

該工作由共同第一作者 朱子健 （上海交通大學致遠學院本科生，現(xiàn)加州大學舊金山分校博士生）、 蔣祖志 （北京大學元培學院本科生，現(xiàn)加州大學舊金山分校博士生）、 王玉璞 （珍妮亞研究園區(qū)博士后）、 Khanh Nguyen （麻省理工 - 哈佛大學 博德研究所 技術員，現(xiàn)耶魯大學博士生）、 張煜翔 （上海交通大學致遠學院本科生，現(xiàn)約翰霍普金斯大學博士生） 及其他合作者 共同 完成。

原文鏈接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.aea2100

制版人： 十一

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