血腦屏障（blood-brain barrier，BBB）是指腦毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞、周細(xì)胞與神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞偽足共同形成的血液與腦細(xì)胞之間的屏障，能夠透過營養(yǎng)物質(zhì)并阻止血液中的有害物質(zhì)進(jìn)入大腦。血腦屏障這一選擇透過性結(jié)構(gòu)可使腦組織免受循環(huán)血液中有害物質(zhì)的損害，從而保持腦組織內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定，對維持中樞神經(jīng)系統(tǒng)正常生理狀態(tài)具有重要的生物學(xué)意義。衰老過程中血腦屏障通透性會逐步增加。血腦屏障功能紊亂與一系列的腦血管病變以及中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病密切相關(guān)，包括缺血性卒中（stroke）、癲癇、阿爾茨海默癥和漸凍癥等。然而，衰老過程中，如何保護(hù)血腦屏障完整性，逆轉(zhuǎn)后續(xù)的神經(jīng)損傷，目前并不清楚。

2023年9月7日，北京大學(xué)血管穩(wěn)態(tài)與重構(gòu)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與北京天壇醫(yī)院的鄭樂民教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合王擁軍教授和董爾丹教授團(tuán)隊(duì)在Neuron報道了題為“NAD+rescues aging-induced blood-brain barrier damage via the CX43-PARP1 axis”的研究論文，該文章報告了CX43-PARP1-NAD+通路在血腦屏障相關(guān)血管細(xì)胞衰老中的重要作用，并揭示了該通路在衰老過程中保護(hù)血腦屏障功能的潛在治療策略。

本研究中，作者首先通過小鼠腦皮層組織單細(xì)胞核測序，對BBB相關(guān)細(xì)胞亞群進(jìn)行了劃分，并對BBB相關(guān)細(xì)胞亞群進(jìn)行了特征基因表達(dá)的表征，之后通過比較老年組和年輕組的差異，發(fā)現(xiàn)基因Gja1（gap junction 1的縮寫，蛋白名為connexin 43，CX43）主要富集在BBB相關(guān)細(xì)胞亞群，并且在老年組中表達(dá)水平顯著下降。作者繼續(xù)使用了人腦前額葉皮層切片樣本和老年小鼠腦組織切片樣本對這一發(fā)現(xiàn)進(jìn)行了驗(yàn)證，并且通過使用全身敲除CX43和血管Cdh5+組織特異性敲除CX43小鼠，利用活體雙光子共聚焦熒光成像技術(shù)，發(fā)現(xiàn)了缺失CX43會進(jìn)一步破壞BBB完整性。

圖1. 衰老腦皮層單細(xì)胞核測序及血腦屏障相關(guān)細(xì)胞亞群的劃分為了找到CX43影響血腦屏障功能的分子機(jī)制，作者團(tuán)隊(duì)對小鼠腦皮層組織進(jìn)行了代謝組學(xué)篩選，發(fā)現(xiàn)了在敲除CX43的雜合小鼠腦皮層組織中，煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（reduced nicotinamide adenine dinucleotide，NAD+，是參與多種細(xì)胞代謝的電子受體和參與線粒體三羧酸循環(huán)和電子傳遞鏈的脫氫酶的輔酶，在代謝過程中通過轉(zhuǎn)遞電子，轉(zhuǎn)換為其還原形式NADH）的水平明顯下降。通過活體雙光子熒光壽命成像技術(shù)，驗(yàn)證了CX43缺失導(dǎo)致的腦血管相關(guān)細(xì)胞內(nèi)NAD+代謝活性率的下降。

圖2. 代謝組學(xué)篩選發(fā)現(xiàn)CX43缺失顯著降低了NAD+水平為了進(jìn)一步弄清楚CX43調(diào)控NAD+水平的具體機(jī)制，對與CX43相互作用的蛋白質(zhì)進(jìn)行了蛋白質(zhì)組學(xué)分析。首先利用免疫共沉淀的方法，獲得了與CX43相互作用的蛋白質(zhì)，再通過高效液相-質(zhì)譜/質(zhì)譜聯(lián)用的方法，對與CX43相互作用的蛋白質(zhì)進(jìn)行了分析篩選，發(fā)現(xiàn)了與CX43直接作用的蛋白腺苷二磷酸核糖聚合酶（poly ADP-ribose polymerase，PARP1，EC 2.4.2.30）。PARP1是NAD+的消耗酶之一，通過消耗三磷酸腺苷（adenosine triphosphate，ATP）和NAD+，參與蛋白二磷酸腺苷（adenosine diphosphate，ADP）化修飾和DNA損傷修復(fù)。接下來本研究驗(yàn)證了CX43與PARP1的直接相互作用，并且發(fā)現(xiàn)在老年樣本和CX43缺失樣本中，PARP1在血管相關(guān)細(xì)胞的細(xì)胞核內(nèi)表達(dá)顯著上升，揭示了CX43缺失條件下，PARP1活性增強(qiáng)，過度消耗NAD+的這一分子機(jī)制。最后，通過長期干預(yù)煙酰胺單核苷酸（nicotinamide mononucleotide，NMN，可經(jīng)過NMN腺苷酸轉(zhuǎn)移酶（NMN adenylyl-transferase，NMNAT，EC 2.7.7.1）代謝合成NAD+）或奧拉帕尼（Olaparib，PARP抑制劑，也作用于BRCA1或BRCA2突變，臨床上用于治療BRCA突變的腫瘤，比如乳腺癌，前列腺癌等）給藥等方式，能夠有效逆轉(zhuǎn)衰老引起的血腦屏障損傷，并對缺血性卒中模型具有良好的保護(hù)作用。

圖3. CX43-PARP1軸通過調(diào)控NAD+水平逆轉(zhuǎn)衰老相關(guān)血腦屏障損傷的示意圖綜上，這些發(fā)現(xiàn)確立了內(nèi)皮細(xì)胞CX43-PARP1-NAD+通路在腦血管衰老中的重要作用，提出了通過奧拉帕尼抑制PARP1活性或煙酰胺單核苷酸（NMN）補(bǔ)充是一種潛在的治療策略，通過緩解衰老相關(guān)的血腦屏障滲漏，以對抗衰老相關(guān)的腦血管病變和認(rèn)知損傷等疾病。本文的亮點(diǎn)包括，1、單細(xì)胞核測序發(fā)現(xiàn)自然衰老過程中血腦屏障相關(guān)細(xì)胞中CX43的減少；2、Cdh5+細(xì)胞中CX43的缺失導(dǎo)致血腦屏障滲漏；3、CX43通過與PARP1相互作用的分子機(jī)制來調(diào)控NAD+水平；4、NMN干預(yù)或Olaparib給藥能夠有效改善衰老小鼠血腦屏障損傷。原文鏈接：https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(23)00622-0