大量血源性蛋白進入年輕健康的大腦！

【資料簡介】

血液攜帶的蛋白質(zhì)進入年輕、健康老鼠的大腦比進入老齡老鼠的大腦的數(shù)量要多，這一發(fā)現(xiàn)將改變我們對血腦屏障的理解，以及血腦屏障是如何隨著年齡變化的。

大腦血管的特性限制了它們對血源離子、分子和細胞的滲透性。血腦屏障(blood-brain barrier，BBB)對正常的神經(jīng)功能和保護大腦免受傷害至關(guān)重要，但它也是藥物傳遞的主要障礙。有人提出，隨著年齡的增長，BBB變得更容易滲透。他們表明，血腦屏障使血源性蛋白質(zhì)進入健康大腦的速度比之前認(rèn)為的要快得多，而且進入大腦的血漿蛋白總量實際上隨著年齡的增長而減少。這項工作可以幫助研究人員了解大腦是如何對系統(tǒng)蛋白質(zhì)信號作出反應(yīng)的，以及血腦屏障在與年齡相關(guān)的認(rèn)知能力下降中的作用。這也可能會改進藥物進入大腦的方法。

血腦屏障有時被認(rèn)為是一個靜態(tài)的、不可逾越的屏障。實際上，它具有許多動態(tài)特性--物理、運輸、免疫等特征--這些特性緊密地控制著血液和大腦之間分子的運動，從而控制著大腦的分子環(huán)境。一個關(guān)鍵的問題是，到底什么物質(zhì)可以通過BBB？

Yang等人通過研究血漿中發(fā)現(xiàn)的蛋白質(zhì)如何進入大腦來解決這一問題。先前的研究追蹤了注射的外源性蛋白質(zhì)(那些不是有機體固有的)的運動，而Yang和同事標(biāo)記了內(nèi)源性小鼠血漿蛋白并將它們注射回小鼠體內(nèi)。通過這種方式，他們可以追蹤正常情況下與小鼠血腦屏障相互作用的蛋白質(zhì)的運動。他們發(fā)現(xiàn)，在健康的年輕成年小鼠中，進入大腦的血漿蛋白比之前認(rèn)為的要多得多，因此有可能與神經(jīng)回路相互作用。這一發(fā)現(xiàn)表明，包括情緒和行為在內(nèi)的多種神經(jīng)功能可以被系統(tǒng)蛋白信號調(diào)節(jié)。

進一步的實驗表明，在年老的小鼠中，滲透到大腦中的血漿蛋白含量比年輕的小鼠要低。這令人驚訝，因為使用外源性示蹤劑的多項研究表明，血腦屏障通透性隨年齡增長而增加，并強調(diào)這種增加是導(dǎo)致年齡相關(guān)認(rèn)知能力下降的一個因素。

Yang等人通過揭示蛋白質(zhì)穿過BBB血管內(nèi)皮細胞的運輸與年齡相關(guān)的變化來展示了這些看似不同的結(jié)果。在年輕的成年小鼠體內(nèi)，運輸?shù)闹饕椒òㄌ囟ǖ鞍踪|(zhì)結(jié)合內(nèi)皮細胞受體。這些受體進入囊泡并轉(zhuǎn)運到細胞中，這一過程稱為受體介導(dǎo)的轉(zhuǎn)胞吞作用。在老齡小鼠中，受體介導(dǎo)的跨細胞作用顯著減少，而非受體介導(dǎo)的(非特異性)跨細胞作用增加，導(dǎo)致更多種血漿蛋白非特異性進入大腦。先前使用外源性分子的研究可能只測量了非特異性的胞外作用，因此忽略了絕大多數(shù)等離子體蛋白滲透到年輕大腦的過程。蛋白質(zhì)進入的特異性隨著年齡的增長而減弱，這一發(fā)現(xiàn)可能表明，衰老改變了大腦接收特定等離子蛋白信號的能力。

為了了解血腦屏障轉(zhuǎn)運蛋白的機制，Yang等人開發(fā)了一種方法，將每個內(nèi)皮細胞的血漿蛋白攝取水平與其基因表達譜關(guān)聯(lián)起來，并分析這種關(guān)系如何沿血管系統(tǒng)發(fā)生變化。這一分析顯示，血漿蛋白的吸附沿著血管網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)了有一個梯度--動脈一側(cè)(血液到心臟，血壓)，靜脈端(血液回到心臟，血)。因此，隨著血管內(nèi)壓力的降低，蛋白質(zhì)的運輸增加。

作者還鑒定了內(nèi)皮細胞中表達與血漿蛋白攝取呈正或負相關(guān)的基因。此基因列表可能有助于識別參與受體介導(dǎo)的轉(zhuǎn)胞吞的跨膜受體。這些受體可能是"特洛伊木馬"藥物釋放的目標(biāo)，其中的蛋白質(zhì)被設(shè)計成與能夠穿過血腦屏障的特定跨膜受體結(jié)合，比如轉(zhuǎn)鐵蛋白受體。由于受體介導(dǎo)的跨細胞作用隨著年齡的增長而減少，Yang和同事的數(shù)據(jù)表明，現(xiàn)有的特洛伊木馬方法(如基于轉(zhuǎn)鐵蛋白受體的方法)的有效性也會隨著年齡的增長而降低。但作者發(fā)現(xiàn)，Alpl基因在老年小鼠大腦內(nèi)皮細胞中的表達增加，而Alpl編碼的蛋白受到藥理抑制，則會增加受體介導(dǎo)的轉(zhuǎn)鐵蛋白受體的轉(zhuǎn)運。因此，這可能是一種增強特洛伊木馬藥物傳遞的方法，特別是對老年人。

 

Yang和他同事的研究結(jié)果為蛋白質(zhì)在大腦中的滲透提供了重要的見解。然而，必須考慮到一些限制。例如，作者的大部分蛋白追蹤實驗量化蛋白質(zhì)滲透進入大腦的劑量時將大腦作為一個整體，但其成像研究清楚地表明，不同區(qū)域的蛋白質(zhì)的含量差異顯著。除了血腦屏障，血漿成分還可以通過腦室脈絡(luò)膜叢和覆蓋大腦的腦膜中發(fā)現(xiàn)的血液和腦脊液之間的屏障進入大腦。每個屏障對進入大腦的血漿蛋白的作用尚不清楚。也不知道蛋白質(zhì)是進入整個大腦還是局限于特定的區(qū)域。因此，血漿蛋白與不同神經(jīng)回路的相互作用程度尚不清楚。

此外，該研究并沒有識別進入大腦的特定蛋白質(zhì)。因此尚不清楚受體介導(dǎo)的轉(zhuǎn)運途徑是否只影響一小部分蛋白質(zhì)(如轉(zhuǎn)鐵蛋白和瘦素)，還是影響廣泛范圍的蛋白質(zhì)。為了識別這些蛋白，未來的研究可以將Yang等人采用的標(biāo)記方法與基于質(zhì)譜的蛋白分析相結(jié)合。為了確定血漿蛋白如何影響神經(jīng)回路功能，以及利用特定的屏障機制來指導(dǎo)靶向藥物傳遞，填補我們知識中的這些空白將是必要的。

Yang和同事的研究也為進一步的研究提出了一些途徑。首先，了解進入大腦的蛋白質(zhì)與年齡相關(guān)的轉(zhuǎn)變是如何影響神經(jīng)回路功能的，以及這是否在與年齡相關(guān)的認(rèn)知能力下降中發(fā)揮作用，這將是至關(guān)重要的。其次，了解蛋白質(zhì)進入大腦的途徑如何隨著各種因素(如神經(jīng)活動、飲食和神經(jīng)疾病)而改變，這將是很有趣的。第三，蛋白質(zhì)只是血液中的一種分子。利用代謝組學(xué)的類似方法，可以識別出能夠進入大腦的全部分子，這將使我們更好地理解血腦屏障是如何調(diào)節(jié)神經(jīng)環(huán)境的，以及它是如何隨著年齡的增長而改變的