N-钙黏蛋白-Akt3信号通路缺陷通过磷酸化依赖性机制破坏血脑屏障稳定性

本研究揭示了N-钙黏蛋白（N-cadherin）通过PI3Kβ-Akt3通路调控occludin S471位点磷酸化，从而稳定脑微血管内皮细胞（BECs）紧密连接（TJs）的新机制。作者发现衰老过程中N-钙黏蛋白接触的破坏会导致血脑屏障（BBB）完整性受损和短期记忆障碍，为认知衰退的血管机制提供了重要见解。

　　

N-钙黏蛋白-Akt3信号通路在血脑屏障稳态中的作用

Highlights
• 衰老过程中脑毛细血管N-钙黏蛋白接触和occludin紧密连接 destabilized
• 内皮细胞特异性敲除N-钙黏蛋白基因 destabilized occludin紧密连接
• N-钙黏蛋白突变小鼠表现出短期记忆缺陷
• N-钙黏蛋白通过PI3Kβ-Akt3通路稳定occludin在紧密连接中的定位

Summary
血脑屏障（BBB）通过脑内皮细胞（BECs）间的紧密连接（TJs）限制蛋白质等大分子通过。BBB的完整性随年龄增长而下降，但其机制尚不清楚。BECs通过N-钙黏蛋白同源粘附与周细胞形成物理接触。在年轻和中年患者的皮层组织中，血管N-钙黏蛋白的年龄相关性丢失与occludin紧密连接的破坏相关。内皮细胞（ECs）中N-钙黏蛋白的基因缺失损害occludin紧密连接，导致脑组织灌注减少和空间记忆缺陷。机制上，N-钙黏蛋白接触的组装通过磷酸肌醇3-激酶p110β-Akt3回路稳定occludin紧密连接，这一过程在衰老过程中被破坏。此外，将occludin Ser471突变为Ala会 destabilized occludin紧密连接，即使在N-钙黏蛋白接触存在的情况下也是如此。这些发现突出了N-钙黏蛋白作为信号枢纽的功能性作用，以磷酸化依赖性方式稳定紧密连接中的occludin，从而支持BBB完整性。

Introduction
衰老通过细胞内在和非自主机制逐渐改变认知功能。虽然神经元细胞表现出显著的 longevity，但神经元损伤的积累以及非神经元细胞功能的年龄相关变化会破坏大脑稳态的各个方面，导致认知 decline。大脑 aging 的一个突出概念依赖于与年龄相关的大脑稳态环境的变化。最近的研究表明，循环因子在衰老过程中将大脑环境转向炎症状态方面具有普遍贡献。研究表明，输注来自老年动物的血浆会损害大脑功能，而来自年轻动物的血浆则 rejuvenates 认知，强调了非自主机制在调节大脑功能中的关键作用。

大脑微环境的维持主要归因于 resident 非神经元细胞、少突胶质细胞、星形胶质细胞、小胶质细胞和脑内皮细胞（BECs），它们协同作用以持续支持大脑健康。感染性病原体和其他全身或局部炎症反应会触发这些非神经元细胞的激活，改变其正常功能。在这些细胞类型中，BECs 受到了特别关注，因为它们在维持大脑正常稳态环境中起着关键作用。BECs 通过内皮间紧密连接（TJs）形成血脑屏障（BBB）的主要屏障，限制分子的 paracellular 运输。与周细胞（嵌入基底膜内的 mural 细胞）和星形胶质细胞（通过其 endfeet 与 BECs 相互作用的胶质细胞）一起，BECs 构成神经血管单元——一种 specialized 结构，负责维持 BBB 作为高度选择性的界面，调节血流和中枢神经系统之间的分子交换。

Results
N-钙黏蛋白和occludin连接在衰老脑内皮中的破坏是认知衰退的 contributing 因素
为了理解衰老对脑毛细血管的影响，评估了来自年轻（18-26岁）和中年（49-56岁）个体的人皮层组织中BECs的TJs组织变化。观察到中年 donor 的毛细血管中 occludin 在 TJs 内的显著丢失。这些变化与 N-钙黏蛋白连接的 disassembly 相关。然而，claudin-5 或 PECAM1 的连接定位不受 aging 影响。

在本文描述的模型中，N-钙黏蛋白 contact 作为信号枢纽发挥作用，以稳定 occludin TJs 并支持 restrictive BBB。occludin 在 TJs 组织中的作用存在争议，因为 occludin null 小鼠似乎具有完整的 TJs 和正常的上皮屏障功能。这些小鼠缺乏 BBB 表型可能是由于存在未被靶向删除的 occludin 剪接变体。这种截短的变体缺乏 N 端侧的两个外显子，同时仍保持跨膜结构域和 C 端尾部，其中包含用于与 ZO-1 结合的 occludin CC 结构域。因此，这种 occludin 突变体可能仍然聚集并指导 TJ 组织。

越来越多的证据表明，occludin 在限制 paracellular permeability 方面起着关键作用。例如，缺血性卒中或 VEGF 挑战后 BBB 和血视网膜屏障的 breakdown 与蛋白激酶 C（PKC）β 对 occludin S490 的磷酸化增加相关。这种 post-transcriptional 修饰通过 E3 泛素连接酶 Itch 引发 occludin 的 ubiquitin-mediated 蛋白酶体降解。在 ECs 中表达 phosphodeficient occludin S490A 突变体的转基因小鼠可防止这两种屏障的破坏。occludin 降解率的增加也与正常生理条件下 BBB 的 breakdown 相关，例如内皮长链非编码 RNA small nuclear RNA host gene（SNHG）12 的耗竭，它直接与 occludin 相互作用以防止 Itch-mediated 降解，增加基础 paracellular permeability 而不改变 claudin-5 表达。缺乏 ECs 中 SNHG12 的转基因小鼠表现出 BBB 功能障碍和空间记忆受损。因此，本文描述的数据与 emerging 证据一致，表明 occludin 在生理条件下维持 BBB 中的关键作用。

Discussion
本文的结果 delineate 了衰老过程中 BBB breakdown 的一些关键机制。研究表明，BECs 和周细胞之间形成的 N-钙黏蛋白 contact 以及 BECs 之间的 occludin-containing TJs 在中年个体中被破坏。TJs 组织的这些变化可能 contribute to BBB breakdown 和与 aging 相关的认知 decline。在人类中的这些发现与小鼠中的数据一致，这些数据揭示了 BECs 中 N-钙黏蛋白（Cdh2）基因表达的年龄相关性丢失。研究还表明，小鼠中 Cdh2 基因的内皮特异性删除 disrupts occludin TJs，并在超微结构水平上显著改变 TJ 组织。N-钙黏蛋白突变小鼠表现出小鼠皮层毛细血管中内皮间 junction 的 abnormal 组织，其特征是与对照同窝小鼠相比，微血管中更短和更开放的 junction。

Limitations of the study
本研究为理解衰老过程中 BBB breakdown 的分子机制提供了 valuable insights。然而，有几个 limitations 需要考虑。虽然研究采用了体外 EC 模型和基因修饰小鼠通过 gain- 或 loss-of-function 方法调节 N-钙黏蛋白功能，但这些实验模型可能无法完全重现体内神经血管环境与年龄相关变化的复杂性。例如，虽然使用 biomimetic 表面在体外诱导 N-钙黏蛋白连接组装，但这些条件可能无法充分反映神经血管 niche 的复杂性。这个 niche 不仅包括 ECs，还包括周细胞、神经干细胞、星形胶质细胞和胶质细胞，所有这些都在 BBB 调节中起关键作用。