POLDIP2通过调节ROS介导的ZO-1磷酸化及定位调控脑血管通透性

背景介绍

血脑屏障（Blood-Brain Barrier, BBB）是中枢神经系统（Central Nervous System, CNS）的重要组成部分，由脑内皮细胞、星形胶质细胞、周细胞和神经元共同构成。脑内皮细胞通过紧密连接（Tight Junctions, TJs）形成连续的物理屏障，调控物质从血液进入脑组织的通透性。紧密连接的主要成分包括跨膜蛋白（如occludin和claudins）和支架蛋白（如ZO-1、ZO-2和ZO-3），其中ZO-1在维持TJ结构和功能中起关键作用。研究表明，氧化应激会诱导ZO-1的酪氨酸磷酸化，导致其从细胞间连接处解离，从而破坏血脑屏障的完整性。

POLDIP2（Polymerase Delta-Interacting Protein 2）是一种多功能蛋白，最初被发现与DNA聚合酶δ和增殖细胞核抗原（PCNA）结合。近年来的研究表明，POLDIP2在调节线粒体活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS）生成和细胞骨架动力学中起重要作用。然而，POLDIP2在脑内皮细胞中的作用及其对血脑屏障通透性的调控机制尚不明确。本研究旨在揭示POLDIP2通过调节ZO-1的磷酸化和定位调控脑内皮细胞通透性的分子机制。

论文来源

本论文由Keke Wang、Hongyan Qu、Ruinan Hu等作者共同完成，研究团队来自Emory University School of Medicine、Xi’an Jiaotong University等机构。论文于2025年发表在Cell Communication and Signaling期刊上，题为“Polymerase delta-interacting protein 2 mediates brain vascular permeability by regulating ROS-mediated ZO-1 phosphorylation and localization at the interendothelial border”。

研究流程与结果

1. 内皮细胞特异性POLDIP2敲除小鼠模型的构建与验证

研究团队首先构建了内皮细胞特异性POLDIP2敲除小鼠（POLDIP2 EC-/-），并通过脑缺血模型评估其对血脑屏障通透性的影响。实验结果显示，POLDIP2 EC-/-小鼠在脑缺血后Evans Blue染料外渗显著减少，表明POLDIP2敲除能够保护血脑屏障的完整性。

2. POLDIP2敲低对脑内皮细胞通透性的影响

在体外实验中，研究团队使用大鼠脑微血管内皮细胞（RBMECs）作为模型，通过siRNA敲低POLDIP2表达，并评估其对肿瘤坏死因子α（TNF-α）诱导的内皮细胞通透性的影响。实验结果显示，POLDIP2敲低显著抑制了TNF-α诱导的内皮细胞通透性增加。进一步的免疫荧光实验表明，POLDIP2敲低能够防止TNF-α诱导的ZO-1从细胞间连接处解离。

3. POLDIP2过表达对脑内皮细胞通透性和ZO-1定位的影响

为了进一步验证POLDIP2的作用，研究团队通过腺病毒载体在RBMECs中过表达POLDIP2。实验结果显示，POLDIP2过表达显著增加了内皮细胞的通透性，并导致ZO-1在细胞间连接处的定位减少。此外，POLDIP2过表达还显著增加了细胞内H2O2的生成。

4. 抗氧化剂NAC对POLDIP2诱导的ZO-1解离的抑制作用

为了验证ROS在POLDIP2调控ZO-1中的作用，研究团队使用抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸（NAC）处理POLDIP2过表达的RBMECs。实验结果显示，NAC处理能够显著抑制POLDIP2诱导的ZO-1解离，表明POLDIP2通过ROS介导的机制调控ZO-1的定位。

5. POLDIP2诱导的ZO-1酪氨酸磷酸化

通过免疫共沉淀实验，研究团队发现POLDIP2过表达能够诱导ZO-1的酪氨酸磷酸化，而这一过程可以被NAC或线粒体ROS清除剂Mitotempo抑制。这一结果表明，POLDIP2通过线粒体ROS介导的ZO-1酪氨酸磷酸化调控内皮细胞的通透性。

结论与意义

本研究首次揭示了POLDIP2通过调节线粒体ROS生成和ZO-1酪氨酸磷酸化调控脑内皮细胞通透性的分子机制。研究结果表明，POLDIP2在脑缺血等病理条件下通过增加ROS生成，诱导ZO-1的磷酸化和解离，从而破坏血脑屏障的完整性。这一发现为开发针对POLDIP2及其下游信号通路的新型治疗策略提供了理论依据，可能对脑缺血、脑水肿等神经系统疾病的治疗具有重要意义。

研究亮点

1. 创新性机制：首次揭示了POLDIP2通过线粒体ROS介导的ZO-1磷酸化调控脑内皮细胞通透性的分子机制。
2. 多层面验证：通过体内和体外实验相结合，全面验证了POLDIP2在血脑屏障调控中的作用。
3. 潜在治疗靶点：POLDIP2及其下游信号通路可能成为治疗脑缺血、脑水肿等疾病的新靶点。

其他有价值的信息

本研究还提供了详细的实验方法和数据分析流程，包括RNA提取与qPCR、免疫荧光染色、免疫共沉淀等技术的详细步骤，为相关领域的研究者提供了重要的参考。此外，研究团队还开发了基于腺病毒的POLDIP2过表达系统，为后续研究提供了有力的工具。