论文标题：Astrocyte-Derived TGFβ1 Facilitates Blood–Brain Barrier Function via Non-Canonical Hedgehog Signaling in Brain Microvascular Endothelial Cells

期刊：Brain Sciences

作者：Jiyang Fu，Liang Li, Dong Huo, Shuli Zhi, Ruicheng Yang, Bo Yang, Bojie Xu, Tao Zhang, Menghong Dai, Chen Tan, Huanchun Chen and Xiangru Wang

发表日期：8 January 2021

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期刊链接：https://www.mdpi.com/journal/brainsci

研究背景

血脑屏障 (Blood-Brain Barrier, BBB) 是动物脑部的一种特殊结构，能够将中枢神经系统 (Central Nervous System, CNS) 与外周循环系统分开，通过调节血液和脑室之间离子、氧气和营养物质的流入和流出，限制毒素和病原体的侵入，维持CNS的稳态。该屏障主要由脑微血管内皮细胞 (Brain Microvascular Endothelium Cells, BMECs)、星形胶质细胞和周皮细胞组成。其中，BMECs在BBB的屏障功能中扮演了重要角色，其表达的紧密连接 (Tight Junctions, TJs) 蛋白 (ZO-1、Occludin和Claudin-5等) 形成细胞间TJs，决定了BBB低通透性的特征。TJs蛋白表达的减少将导致BBB完整性的破坏，也是中枢神经系统功能障碍的重要指标之一。星形胶质细胞则被认为对BMECs有重要的支持作用。已有研究表明，星形胶质细胞分泌的多种细胞因子参与了调节BMECs的过程，从而对BBB功能产生影响。基于多种分泌效应物的星形胶质细胞与BMECs间的正常交流对BBB结构和功能的完整性至关重要。

TGFβ1是转化生长因子β家族成员之一，是一种多能性细胞因子。一般来说，TGFβ1能够与TGFBRII和TGFBRI作用启动信号转导，下游转录因子Smads进一步入核调节靶基因的转录。这样的TGFBRs/Smads信号传导参与了中枢神经系统的神经元迁移、神经元存活和星形胶质细胞分化。此外，TGFβ1通路还能够通过与Notch、MAPK等其他胞内信号发生交互来调节机体的多种生理过程。而在癌症侵袭、干细胞自我更新和特异性分化等多个过程中，也发现了TGFβ1信号与其他途径之间的交互作用。TGFβ1与其他信号通路交互在BBB中的作用目前仍不十分清楚，值得进一步探讨。

Hedgehog信号在多个物种中保守，在生理和病理过程的许多方面发挥着重要作用。常规的Hedgehog信号由Shh、Ihh和Dhh三个分泌型配体激活，转录因子Gli1、Gli2和Gli3则在入核对靶基因的表达进行调控。CNS中，Hedgehog信号决定了神经管的形成和发育。值得注意的是，Hedgehog信号与TGFβ1信号间的交互在癌症的发展和转移中多次被报道。那么二者的交互是否会在BBB中发生？又是否会对其功能产生影响？

研究内容

近日，由华中农业大学农业微生物学国家重点实验室团队主导的研究，利用transwell小室将星形胶质细胞和人源BMECs (hBMECs) 细胞共培养建立了体外BBB模型。结合已有的转录组数据，研究发现星形胶质细胞分泌的TGFβ1能够作用于BMECs细胞，并提高其跨细胞电阻。通过一系列的体内和体外模型研究，可以发现TGFβ1能够激活BMECs中的TGFBRI/II-Smad2/3信号促进TJs蛋白ZO-1的表达，ZO-1的上调则增强了内皮细胞的屏障功能。但通过染色质免疫共沉淀 (Chromatin Immunoprecipitation, ChIP) 发现，转录因子Smad2/3不能直接结合与zo-1基因启动子区域，即TGFBRI/II-Smad2/3信号不能直接对ZO-1发挥调控功能。进一步的数据显示，BMECs中的Smad2/3通过上调转录因子Gli2表达，启动了胞内非经典的Hedgehog信号，而Gli2则直接调控zo-1基因启动子促进其表达。同时，借助荧光素酶报告系统和ChIP-qPCR，我们证明了Smad2/3对gli2启动子以及Gli2对zo-1启动子的直接结合。(图1)

图1. 血脑屏障 (BBB) 中TGFβ1介导的星形胶质细胞和脑微血管内皮细胞 (BMECs) 间通讯的示意图。

结论

通过上述研究得出结论，星形胶质细胞来源的TGFβ1能够激活BMECs中的非经典Hedgehog信号从而促进TJs蛋白ZO-1的表达，并提高BBB的屏障功能。在这一项研究中，阐明了TGFβ1介导的星形胶质细胞和BMECs之间的细胞间通讯，拓宽了对BBB屏障功能相关分子机制的认知。同时，研究结果也提示，BMECs中的TGFβ1信号和Hedgehog信号可能可以作为改善BBB功能障碍的辅助治疗靶点。

原文出自Brain Sciences期刊

Fu, J. et al. Astrocyte-Derived TGFβ1 Facilitates Blood–Brain Barrier Function via Non-Canonical Hedgehog Signaling in Brain Microvascular Endothelial Cells. Brain Sci. 2021, 11, 77.