核心发现
血脑屏障(BBB)的糖萼层是由蛋白聚糖、糖蛋白和糖脂组成的碳水化合物网络，构成了BBB的重要结构基础。研究发现，在衰老和神经退行性疾病中，脑内皮细胞的糖萼层出现显著失调，特别是黏蛋白型O-糖基化通路的下调。通过腺相关病毒(AAV)技术恢复脑内皮黏蛋白核心1O-糖链，可显著改善衰老小鼠的BBB功能、减少神经炎症并改善认知缺陷。
衰老过程中的糖萼结构变化
通过透射电镜(TEM)结合硝酸镧染色技术，观察到21月龄衰老小鼠皮质毛细血管的腔面糖萼层厚度(0.232±0.092μm)和面积(占管腔面积比例0.207±0.047)相比3月龄年轻小鼠(厚度0.540±0.086μm，面积0.367±0.054)显著减少。转录组分析显示，衰老小鼠脑内皮细胞中参与黏蛋白型O-糖基化的酶(如Galnt10、B3gnt3、Galnt2和C1galt1)表达下调，而硫酸乙酰肝素代谢相关基因(如Sdc4、Hs3st1)表达上调。
黏蛋白糖基化对BBB功能的影响
通过AAV特异性敲低C1galt1基因，导致黏蛋白结构域糖蛋白标记物减少，BBB通透性增加，出现白蛋白和IgG渗漏。静脉注射StcE蛋白裂解黏蛋白后，不仅加剧BBB通透性，还引发脑实质出血。机制研究表明，黏蛋白降解会引发氧化应激增加、紧密连接蛋白(如CLDN5)减少，并破坏血管稳态通路。
糖萼修复改善脑功能
通过AAV过表达C1GALT1和B3GNT3酶，成功恢复衰老小鼠脑内皮细胞的黏蛋白糖基化水平，使BBB通透性恢复至年轻小鼠水平。转录组分析显示，黏蛋白糖基化恢复可逆转衰老相关基因表达模式，在兴奋性神经元中上调神经元稳态(Wnt5a、Foxo3)和神经发生(Smad1、Syngap1)相关基因，同时抑制星形胶质细胞(Clu、ApoE)和小胶质细胞(C1qa)的炎症活化标志物。行为学实验表明，B3GNT3过表达可显著改善衰老小鼠的空间工作记忆和情境恐惧记忆。
技术创新与应用
本研究开发了特异性检测黏蛋白结构域糖蛋白的StcE(E447D)-AF647探针，并建立了机械分离脑微血管的方法，较传统酶解法更好地保留了糖萼结构。通过靶向糖萼修复策略，成功改善了衰老相关的BBB功能障碍，为阿尔茨海默症等神经退行性疾病的治疗提供了新思路。
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