VAMP3/突触融合蛋白4介导TfR转胞吞作用跨越血脑屏障的基底膜融合机制及其在致病性大肠杆菌感染中的利用

这篇研究揭示了VAMP3与突触融合蛋白4（STX4）通过介导转铁蛋白受体（TfR）囊泡与脑微血管内皮细胞（HBMECs）基底膜的融合，调控TfR转胞吞作用跨越血脑屏障（BBB）的关键机制。研究发现，新生儿脑膜炎大肠杆菌（NMEC）通过LPS-TLR4-TRAM-TRIF-TRAF3-IKK-IRF3信号通路上调宿主VAMP3和STX4表达，从而劫持TfR转胞吞途径穿透BBB。该工作为优化脑部药物递送系统和治疗NMEC感染提供了新靶点。

　　

研究背景

血脑屏障（BBB）由脑微血管内皮细胞（HBMECs）构成，严格控制大分子、微生物和毒素进入中枢神经系统。转铁蛋白受体（TfR）介导的转胞吞作用是少数能主动跨越BBB的途径之一，不仅为脑部递送铁离子，还被开发为脑部药物递送的重要策略。然而，TfR囊泡与HBMECs基底膜融合的分子机制尚不明确。

VAMP3与STX4介导TfR转胞吞的膜融合

研究发现，位于TfR囊泡的v-SNARE蛋白VAMP3与基底膜特异性分布的t-SNARE蛋白STX4直接相互作用，介导TfR囊泡的基底膜融合。沉默VAMP3或STX4显著抑制Tf的跨BBB转运，而过表达则使效率提升2倍以上。共聚焦显微镜显示，VAMP3主要定位于TfR囊泡（Manders系数M2=0.45），而STX4仅分布于HBMECs基底膜（与E-cadherin共定位，Pearson系数0.51）。此外，SNAP23可能作为辅助因子参与形成VAMP3-STX4-SNAP23融合复合体。

NMEC劫持TfR转胞吞的分子机制

新生儿脑膜炎大肠杆菌（NMEC）通过激活TLR4-TRAM-TRIF-TRAF3-IKK-IRF3通路，上调宿主VAMP3和STX4表达。LPS是这一过程的关键诱导因子：缺失LPS合成的ΔmsbB突变株丧失诱导能力，而回补msbB后功能恢复。感染实验中，51.2%的NMEC囊泡与STX4共定位，且VAMP3缺陷小鼠的脑脊液细菌载量显著降低。

调控潜力与转化价值

该研究提出两种潜在应用方向：

1. 脑部药物递送优化：通过AAV载体过表达VAMP3/STX4或靶向IRF3（其结合VAMP3启动子特定基序AAATGGACTTCC）可增强TfR转胞吞效率；
2. 抗感染治疗：抑制VAMP3/STX4能阻断NMEC的BBB穿透，VAMP3^?/?小鼠模型显示其对NMEC的抵抗力显著提升。

未解问题与展望

研究遗留若干关键问题：

• VAMP3何时被招募至TfR囊泡——是内化初期还是从胞内管状结构出芽后？
• TLR4信号是否通过磷酸化SNAP23调控SNARE复合体稳定性？
• STX4是否参与其他分子的BBB转胞吞？

这些发现不仅深化了对BBB物质转运的理解，更为神经系统疾病治疗和病原体防控提供了新思路。