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【文献分享】Nature | MA900助力揭示糖萼调控血脑屏障衰老机制

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2025-04-17

研究背景

血脑屏障（BBB）作为血液与大脑间的选择性界面，通过严格调控物质交换维持中枢神经系统内稳态。其关键结构组分——脑内皮糖萼层，是由糖链与糖缀合物（包括蛋白聚糖、糖蛋白和糖脂）构成的管腔面网状结构，在物质转运、细胞信号传导和屏障功能调控中发挥核心作用，然而目前关于糖萼层其分子组成与功能机制仍存在显著认知空白。

斯坦福大学Tony Wyss-Coray和Carolyn R. Bertozzi团队近期在Nature期刊发表研究文章，揭示了糖萼层动态变化与年龄相关神经退行过程的分子关联。作者发现一类既往研究较少的O-糖基化蛋白——粘蛋白结构域糖蛋白在衰老过程中呈现显著表达异常，这类蛋白的失调会破坏BBB完整性。特异性恢复老年小鼠的I型粘蛋白O-糖蛋白表达，不仅成功逆转BBB功能障碍，还能显著改善神经炎症和认知行为缺陷。

该研究首次系统绘制了衰老过程中脑内皮糖萼层的分子图谱，阐明了糖萼组成变化通过破坏BBB稳态进而促进神经退行性病变的机制，为开发靶向糖萼的神经保护策略提供了理论依据。

主要研究内容

1、大脑内皮糖萼在衰老过程中高度失调

与年轻组（3月龄）相比，老年组（21月龄）小鼠脑微血管内皮糖萼层的平均厚度减少、覆盖面积下降。RNA-seq分析揭示衰老相关的糖基化通路（包括硫酸转移酶Hs3st1、合成调节因子Extl2及蛋白聚糖核心蛋白Sdc4、Gpc5等）表达上调，粘蛋白型O-糖基化相关基因表达下调；同时透明质酸、硫酸乙酰肝素和硫酸软骨素表达量升高，而粘蛋白结构域糖蛋白表达量减少。

2、糖萼层中粘蛋白O-糖基化下调

荧光标记结果显示年轻组脑微血管中表现有高强度荧光信号的粘蛋白结构域糖蛋白（mucin-domain glycoproteins），分布均匀且结构完整。老年组荧光信号显著减弱，且空间分布离散化，提示糖萼层结构受损。同时老年组脑内皮细胞中粘蛋白型O-糖基化关键合成酶表达下调，该结果与荧光染色数据一致，共同表明衰老过程中粘蛋白结构域糖蛋白的合成与组装受损，可能是导致脑内皮糖萼层功能退化的关键因素之一。

3、BBB渗漏和血管损伤

靶向敲除C1GALT1（O-糖基化合成酶），显示年轻组小鼠脑内皮细胞中O-糖基化水平显著降低，同时BBB渗透性增加，表明粘蛋白型O-糖基化合成酶的表达下调会导致BBB功能受损。外源性注射StcE酶清除粘蛋白型O-糖蛋白发现BBB通透性增加，StcE处理两天后小鼠甚至出现脑实质点状出血，提示脑血管系统对粘蛋白O-糖基化的扰动异常敏感。

4、糖萼层修复改善大脑内稳态

紧接着作者继续过表达B3GNT3糖基化合成酶，发现小鼠（17月龄）脑内皮细胞糖基化合成升高，年老鼠BBB功能存在显著改善。随后进一步提高核心I粘蛋白型O-糖基化，降低BBB渗漏，发现年老鼠在Y迷宫测试中表现出显著增加的自发交替行为，同时情境冻结反应也有所增强，提示其空间工作记忆和海马依赖性的学习与记忆功能得到改善。RNA测序结果显示脑内皮细胞B3GNT3过表达促进了神经内稳态基因（ Rims4, Wnt5a 和Foxo3）和神经发生基因（Smad1, Syngap1 和Ccnd2）的表达，这表明B3GNT3可以促进脑内稳态恢复，改善年老鼠的认知功能。

索尼流式在研究中的工作

SONY多功能全自动流式分选仪MA900具有成熟稳定的微流体芯片液流系统，全自动校准无需人为调试，微流体分选芯片的流体力学优势和标配的低温系统让研究者能够高效率地获得高活性、高纯度小鼠脑组织来源的完整细胞核，完美适配后续单细胞建库流程，获得高分辨率的单细胞核转录组数据，为揭示B3GNT3调控神经-血管单元的分子机制提供可靠依据。

Reference:

Shi, S.M., Suh, R.J., Shon, D.J. et al. Glycocalyx dysregulation impairs blood–brain barrier in ageing and disease. Nature(2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-08589-9

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