之前看到过类似的线粒体转移的文章，于是夏老师就在PubMed上冲浪的时候关注了一下，这篇上海交通大学医学院附属第六人民医院发表在11.7分的Science正经子刊Sci Adv上的文章，就挺有意思。他们做的是星形胶质细将线粒体转移至CEC（脑血管内皮细胞），维持BBB（血脑屏障）：
之前的文献其实也介绍过通过转移线粒体，产生细胞间的Crosstalk的文章。这篇文章其实研究的是BBB的维护，而CEC受到的氧化应激，会导致BBB的不稳定，这个时候星形胶质细胞可能会通过线粒体的转移维持CEC。为了验证这样的猜想，他们做了一个星形胶质细特异性表达的Cre-LoxP线粒体荧光标记（其实就是通过特异性表达Cre酶，通过重组酶的同源重组功能，敲入线粒体荧光标记蛋白，不熟悉Cre-LoxP的话，可以去看看《列文虎克读文献》，都介绍过）。通过这样的实验，他们发现星形胶质细胞会把线粒体转移至表达CD31的CEC细胞中。通过Transwell实验，他们发现星形胶质细胞的线粒体会聚集到末端足上，然后进行线粒体转移（这个Transwell中末端足会穿过小室到小室外侧，他们还是分析两侧的线粒体荧光）：
通过对CEC细胞系进行A/R（线粒体复合物抑制剂抗霉素 A 和鱼藤酮）处理，再与星形胶质细胞共培养后，他们发现星形胶质细胞可以通过线粒体传输降低CEC细胞的ROS。那么具体是什么样的星形胶质细胞的亚群起到了作用呢？于是他们进行了一轮单细胞测序分析（下面的这些单细胞测序簇tSNE图和小提琴图都应该看得懂了吧，这些都是基本的Figure，看懂了才能快速理解文献，这个在《夏老师带你读文献》里也都介绍过了），结果显示有一个星形胶质细胞的亚群，高表达了AQP4，这个蛋白大脑微血管相邻的星形胶质细胞末端的必需水通道蛋白。而高表达AQP4的胶质细胞亚群中，还高表达了DMP1。通过验证他们发现DMP1+ 的星形胶质细胞，表现出高度极化的末端足，并且集特异性粘附在CEC上：
那么要怎么证明DMP1+的星形胶质细胞是CEC细胞中外源线粒体的来源呢？他们做了一个很有意思的设计，就是给星形胶质细胞做了个DMP1启动的Cre-LoxP系统，表达线粒体标志物，这个只能在DMP1+的星形胶质细胞中表达，而CEC中几乎是不会表达DMP1的。然后他们进行了流式分选，选择有线粒体荧光标记的细胞，然后进行了单细胞测序。也就是分析其中的内皮细胞。也就是说内皮细胞本身是不会有DMP1+的星形胶质细胞特异性表达的线粒体的，如果有，那就是DMP1+的星形胶质细胞转移过来的：
结果发现DMP1+ 的星形胶质细胞，的确会在体内将线粒体转移到CEC中。线粒体代谢其实和年龄也有一定的关系，那么这个过程是否也在星形胶质细胞中存在呢？他们发现老年小鼠中星形胶质细胞转移到CEC的效率会变低，而线粒体衰老和MFN2有关（这个是Parkin的下游，还记得Parkin么，线粒体自噬通路里的关键基因，线粒体自噬，就是通过自噬体将损伤了的线粒体吞没然后通过溶酶体消化的过程，避免了损伤后的线粒体ROS和细胞色素等物质导致细胞的进一步受损，不熟悉线粒体自噬的话，可以看看《信号通路是什么鬼？》系列），衰老小鼠中MFN2表达也会下降：
在星形胶质细胞中敲除了MFN2并不会造成星形胶质细胞的增殖或者凋亡的影响，而杂合敲除了MFN2的星形胶质细胞，则无法再给CEC传输线粒体了，同时也无法降低CEC的ROS的产生。那么DMP1+ 的星形胶质细胞中缺失了MFN2后，会对大脑血管造成什么样的影响呢？他们就特异性敲除了DMP1+ 的星形胶质细胞中MFN2后，进行了单细胞测序分析，并进行了聚类分析，结果发现DMP1+ 的星形胶质细胞中的MFN2缺失后，血管生成和血管组装活动减少，内皮细胞与年龄相关的BBB分解：
那么会不会是DMP1+ 的星形胶质细胞中产生的其他因素，影响了CEC呢？那么就需要确定，DMP1+ 的星形胶质细胞中的线粒体转移是影响CEC的关键因素，于是他们就单独提取了DMP1+ 的星形胶质细胞中的线粒体，体外刺激A/R处理的CEC（这也是柯霍氏法则的验证过程，通过这样的验证，来明确DMP1+ 的星形胶质细胞中的线粒体转移的影响，不清楚柯霍氏法则的话，可以去看看《轻松的文献导读》和《列文虎克读文献》），结果发现星形胶质细胞衍生的线粒体的确可以恢复内皮功能障碍：
最后就形成了这样一个示意图，DMP1+ 的星形胶质细胞中，表达了MFN2后，会使得线粒体靠近内质网，导致线粒体富集到星形胶质细的末端足上，通过囊泡被传送到CEC细胞中，缓解CEC细胞的ROS压力：
其实说起来这篇文章的思路并不复杂，但好在有一定的创新性，虽然总的结构上并没有特别多的机制研究在里面，但整个现象的描述，也是通过实验和一些创新的设计（比如特异性表达的线粒体标记等等）一步步很扎实地验证出来的。如果把这样的课题设计，放到国自然中，你们觉得又会是什么样的段位呢？我们可以这样思考，其实课题并不需要特别复杂，但实验的设计过程并不能马虎，在验证环节的严谨，可能就是课题成功的关键。好了，今天就先策到这里吧，有兴趣的话可以看看原文，祝你们心明眼亮。
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