DDX24 RNA解旋酶通过调控内皮细胞线粒体功能维持血脑屏障完整性的机制研究

《Cell Reports》：DEAD-box helicase DDX24 is essential for endothelial mitochondrial function to maintain the blood-brain barrier

本研究针对血脑屏障(BBB)功能障碍在神经退行性疾病中的关键作用，揭示了DEAD-box RNA解旋酶DDX24通过结合并稳定PPFIA4 mRNA维持脑微血管内皮细胞线粒体功能的新机制。研究人员发现内皮特异性Ddx24基因敲除小鼠出现学习记忆障碍和BBB损伤，而抑制NADPH氧化酶或过表达DDX24可改善BBB损伤。该研究为BBB相关疾病提供了新的治疗靶点，对阿尔茨海默病等疾病的防治具有重要意义。

　　

血脑屏障(Blood-Brain Barrier, BBB)是维持大脑内环境稳定的重要结构，它像一道精密的安全检查系统，严格控制物质在血液和脑组织之间的交换。然而，这道屏障的破坏与多种神经系统疾病的发生发展密切相关，特别是阿尔茨海默病(Alzheimer's Disease, AD)等神经退行性疾病。随着全球痴呆患者人数已超过4000万，且预计到205年将增加两倍，寻找维持BBB完整性的新靶点显得尤为迫切。

大脑是人体最耗能的器官，维持BBB功能需要大量能量支持。脑微血管内皮细胞(Brain Microvascular Endothelial Cells, BMECs)中含有丰富的线粒体，这些"能量工厂"的正常运作对维持紧密连接(Tight Junction, TJ)蛋白功能至关重要。当线粒体功能出现障碍时，会产生过量的活性氧，导致BBB通透性增加，进而引发神经炎症和神经元损伤。

DEAD-box RNA解旋酶家族在RNA代谢中发挥重要调控作用，但它们在脑血管内皮细胞中的功能尚不清楚。中山大学附属第五医院的研究团队在《Cell Reports》上发表的最新研究，首次揭示了DDX24在维持BBB稳态中的关键作用，为理解BBB调控机制提供了新的视角。

研究人员主要运用了内皮细胞特异性基因敲除小鼠模型、人脑微血管内皮细胞系(hCMEC/D3)培养、小动物磁共振成像、蛋白质免疫印迹、RNA免疫沉淀、线粒体功能检测等技术方法。其中人脑微血管内皮细胞来源于商业细胞库，转基因小鼠采用C57BL/6J背景，5xFAD阿尔茨海默病模型小鼠来自Jackson Laboratory。

内皮特异性Ddx24基因敲除小鼠出现学习记忆障碍

研究人员首先构建了内皮细胞特异性Ddx24基因敲除小鼠(Ddx24^ECKO)。通过将Cdh5-CreERT2小鼠与Ddx24^flox/flox小鼠交配，并在小鼠体重16-18克时连续5天腹腔注射他莫昔芬(75 mg/kg)，成功实现了血管内皮细胞中Ddx24的特异性敲除。基因型鉴定和蛋白表达验证确认了敲除效率。令人惊讶的是，Ddx24^ECKO小鼠不仅寿命缩短、体重减轻，在Morris水迷宫实验中也表现出明显的学习记忆障碍，表现为逃避潜伏期延长、目标象限停留时间和距离减少。

内皮细胞Ddx24缺失导致血脑屏障通透性增加

通过9.4特斯拉小动物磁共振成像发现，Ddx24^ECKO小鼠出现脑水肿，BBB对伊文思蓝和10-kDa荧光示踪剂的通透性显著增加。电子显微镜观察显示脑血管紧密连接结构破坏，内皮细胞间出现异常间隙。在细胞实验中，DDX24敲低的人脑微血管内皮细胞也表现出荧光葡聚糖泄漏增加，同时occludin蛋白磷酸化水平升高而总occludin蛋白减少。

DDX24是脑内皮细胞线粒体功能所必需的

线粒体功能障碍是BBB破坏的重要机制。电镜观察发现Ddx24缺失导致脑血管内皮细胞线粒体嵴消失。JC-1染色显示DDX24敲低细胞线粒体膜电位降低，MitoSOX检测发现线粒体活性氧(mitoROS)增加，NADP⁺/NADPH比值升高，表明氧化应激加剧。这些变化最终导致内皮细胞死亡。

抑制NADPH氧化酶改善Ddx24缺失引起的血脑屏障功能障碍

为验证线粒体功能障碍在BBB破坏中的作用，研究人员使用NADPH氧化酶抑制剂GKT136901处理DDX24缺陷细胞和小鼠。结果显示，GKT136901预处理可防止荧光葡聚糖通过内皮细胞层，减轻Ddx24^ECKO小鼠的BBB泄漏，改善线粒体形态异常和紧密连接破坏，并挽救学习记忆缺陷。

DDX24蛋白结合并稳定PPFIA4 mRNA

RNA测序分析发现，DDX24敲低后最显著下调的基因是PPFIA4。机制研究表明，DDX24蛋白通过识别PPFIA4 mRNA 3'UTR区的5个结合位点，直接结合并增强其稳定性。RNA免疫沉淀实验证实了DDX24与PPFIA4 mRNA的直接相互作用，且DDX24缺失加速了PPFIA4 mRNA的降解。

PPFIA4调控脑微血管内皮细胞的线粒体和血管屏障功能

PPFIA4敲低引起线粒体形态异常、膜电位丧失、氧化应激增加和屏障功能破坏。而过表达PPFIA4可减轻DDX24敲低引起的线粒体功能障碍和通透性增加，表明PPFIA4在DDX24下游发挥作用。

过表达DDX24减轻Aβ_1-42诱导的血脑屏障损伤

在阿尔茨海默病背景下，研究人员发现AD患者脑血管和5xFAD转基因小鼠中DDX24表达降低，Aβ_1-42处理也可下调hCMEC/D3细胞中DDX24表达。重要的是，过表达DDX24能减轻Aβ_1-42诱导的线粒体功能障碍和屏障损伤。

这项研究首次揭示了DDX24-PPFIA4轴在维持脑血管内皮细胞线粒体功能和BBB稳态中的关键作用。尽管大脑内皮细胞主要依赖糖酵解供能，但线粒体氧化磷酸化同样不可或缺。研究发现内皮细胞DDX24缺失通过破坏线粒体功能导致BBB损伤，而这一过程可通过抑制NADPH氧化酶或过表达PPFIA4来挽救。

值得注意的是，DDX24在不同脑细胞类型中可能发挥不同作用。最近研究表明神经元中DDX24表达增加参与AD发病机制，提示DDX24的作用具有细胞特异性。这种细胞特异性效应值得进一步研究。

该研究的局限性包括：基因敲除不仅限于脑内皮细胞，可能对其他组织血管产生影响；行为测试与终点分析的时间接近可能造成混杂因素；DDX24过表达和NADPH氧化酶抑制剂的长期安全性尚未评估。尽管如此，DDX24在维持线粒体和BBB稳态中的重要性是明确的。

这项研究不仅深化了对BBB调控机制的理解，还为治疗BBB相关疾病提供了新的策略。特别是在阿尔茨海默病等神经退行性疾病中，靶向DDX24-PPFIA4轴可能成为改善脑血管功能、延缓疾病进展的新途径。随着全球人口老龄化加剧，这类针对BBB保护机制的研究具有重要的临床意义和应用前景。