Piezo1通过CaMKII/Nrf2通路加剧缺血性脑卒中血脑屏障破坏的机制研究

本研究揭示了机械敏感性离子通道Piezo1在缺血性脑卒中(IS)中通过Ca2+/CaMKII/Nrf2通路加剧血脑屏障(BBB)破坏的分子机制。通过内皮细胞特异性敲除(Piezo1ECKO)小鼠和体外OGD/R模型，研究人员发现Piezo1缺失可减轻氧化应激、炎症反应及线粒体功能障碍，为缺血性脑卒中的治疗提供了新靶点。

　　

缺血性脑卒中（Ischemic Stroke, IS）是全球致残和致死的主要原因之一，其病理过程中血脑屏障（Blood-Brain Barrier, BBB）的破坏是导致脑水肿和神经损伤的关键环节。BBB由内皮细胞、周细胞、星形胶质细胞和基底膜组成，其中内皮细胞间的紧密连接（如ZO-1和Occludin）对维持屏障完整性至关重要。然而，缺血再灌注（I/R）损伤会引发细胞内钙超载、氧化应激和炎症反应，最终导致BBB功能障碍。尽管已有研究揭示了部分机制，但机械敏感性离子通道Piezo1在BBB破坏中的作用尚未明确。这一问题的重要性在于，Piezo1作为机械力感知通道，可能通过感知I/R过程中的压力和张力，加剧BBB损伤，但目前缺乏直接证据。

为解决这一问题，上海交通大学医学院附属新华医院急诊科的研究团队在《Cellular and Molecular Life Sciences》发表了题为《Piezo1 disrupts blood-brain barrier via CaMKII/Nrf2 in ischemic stroke》的研究。该研究通过内皮细胞特异性Piezo1敲除（Piezo1^ECKO）小鼠和体外氧糖剥夺/再灌注（OGD/R）模型，揭示了Piezo1通过Ca²⁺/CaMKII/Nrf2通路加剧BBB破坏的分子机制。研究发现，Piezo1激活后通过增加Ca²⁺内流，激活CaMKII并抑制Nrf2核转位，从而降低抗氧化蛋白（HO-1和NQO-1）的表达，最终导致氧化应激、炎症反应和线粒体功能障碍。这一发现不仅阐明了Piezo1在IS中的病理作用，还为靶向Piezo1的治疗策略提供了理论依据。

主要技术方法
研究采用内皮细胞特异性Cre-LoxP系统构建Piezo1^ECKO小鼠，通过短暂大脑中动脉闭塞（tMCAO）模型模拟脑缺血再灌注损伤。体外实验使用小鼠脑微血管内皮细胞系bEnd.3建立OGD/R模型。关键技术包括激光散斑对比成像（LSCI）评估脑血流、免疫荧光和Western blot分析蛋白表达、JC-1染色检测线粒体膜电位、单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析细胞类型特异性Piezo1表达，以及ELISA检测氧化应激和炎症因子水平。

研究结果

1. 缺血再灌注损伤中Piezo1的时空表达特征
通过Western blot和scRNA-seq分析，研究发现Piezo1在脑缺血再灌注后6小时表达达到峰值，且主要富集于内皮细胞。免疫荧光证实，Piezo1在内皮细胞的表达显著高于小胶质细胞和星形胶质细胞。体外实验中，OGD/R处理24小时后bEnd.3细胞的Piezo1表达显著上调。

2. 内皮Piezo1敲除减轻脑缺血损伤
Piezo1^ECKO小鼠在tMCAO后表现出以下改善：

• 脑梗死体积和脑水含量显著降低（TTC和H&E染色）；
• 神经功能评分和生存率提高（Zea-Longa评分和生存分析）；
• BBB完整性增强（Evans Blue渗出减少，ZO-1和Occludin表达上调）。

3. Piezo1通过Ca²⁺/CaMKII/Nrf2通路调控BBB功能
机制研究表明：

• Piezo1激活增加Ca²⁺内流，促进CaMKII磷酸化（p-CaMKII），抑制Nrf2核转位；
• 敲除Piezo1可逆转上述效应，上调NQO-1和HO-1表达；
• 使用CaMKII抑制剂KN93或Nrf2抑制剂ML385验证了该通路的必要性。

4. 氧化应激和炎症反应的调控
Piezo1缺失降低ROS和MDA水平，提高GSH、SOD等抗氧化酶活性，同时减少促炎因子（IL-1β、TNF-α）释放，增加抗炎因子IL-10表达。线粒体功能分析显示，Piezo1敲除可恢复OGD/R诱导的线粒体膜电位失衡。

结论与意义
该研究首次阐明Piezo1通过Ca²⁺/CaMKII/Nrf2通路加剧缺血性脑卒中后BBB破坏的机制。Piezo1激活导致Ca²⁺超载，触发氧化应激和炎症级联反应，进而破坏内皮紧密连接。内皮特异性敲除Piezo1可显著减轻脑损伤，提示靶向Piezo1或其下游通路（如CaMKII或Nrf2）可能是治疗IS的新策略。这一发现不仅深化了对BBB功能障碍机制的理解，还为开发神经保护药物提供了潜在靶点。