《GeroScience》：Lipid-laden endothelial cells exhibit a transcriptomic signature linked to blood–brain barrier dysfunction, metabolic reprogramming, and increased inflammation in the aging brain
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本研究聚焦衰老过程中脑内皮细胞脂质代谢紊乱的关键作用。为解决脂质沉积对脑血管功能的影响机制不明的问题，研究人员通过单细胞转录组分析，发现衰老诱导内皮细胞脂滴积累，伴随血脑屏障（BBB）相关基因下调、脂肪酸氧化（FAO）增强及线粒体功能受损。该研究首次揭示脂质负载内皮细胞通过代谢重编程驱动衰老相关微血管功能障碍，为靶向脂质代谢干预认知衰退提供了新策略。
随着全球人口老龄化加剧，衰老相关认知功能障碍的机制研究成为生命科学领域的焦点。血脑屏障（BBB）作为维持脑内环境稳定的关键结构，其功能随年龄增长逐渐退化，但驱动这一过程的细胞分子机制尚不明确。近年研究发现，脂质代谢紊乱在神经退行性疾病中扮演重要角色，然而大多数研究集中于星形胶质细胞和小胶质细胞，血管内皮细胞这一“守门人”在衰老过程中的脂质代谢变化及其功能影响仍属未知。
发表于《GeroScience》的这项研究首次通过单细胞转录组技术揭示了衰老大脑内皮细胞中脂质积累的转录特征，并将其与BBB破坏、代谢异常和炎症反应联系起来。为阐明脂质沉积如何促脑血管衰老，研究团队对年轻（2-3月龄）与老年（21-23月龄）小鼠脑细胞的单细胞RNA测序数据进行了二次分析，聚焦内皮细胞群体，结合基因集富集分析、免疫组化和蛋白质印迹验证，系统解析了脂质代谢相关基因表达模式与细胞功能的关系。
主要技术方法
研究基于Ximerakis等已发表的单细胞转录组数据集（含37,069个脑细胞），通过Seurat软件进行细胞分群和差异表达分析；采用AUCell算法计算基因集（如BBB完整性、糖酵解、衰老核心基因）活性评分；通过磁珠分选CD31+脑内皮细胞，利用毛细管免疫印迹（Jess平台）定量PLIN2、ATGL等蛋白；免疫荧光染色共定位CD31/endomucin与PLIN2以验证体内脂滴积累。
研究结果
1. 衰老脑内皮细胞脂质周转降低且积累增加
转录组分析显示，老年内皮细胞中脂滴标志物Plin2表达上调，而脂解酶Pnpla2（ATGL编码基因）和Ddhd2表达下调，提示脂质清除能力下降。约17%的内皮细胞存在Plin2阳性信号，且老年组中脂质合成酶（Dgat1、Acly）和脂肪酸氧化基因（Cpt1a、Acsl1）同步上调。
2. 脂质积累关联BBB功能受损
在Plin2+内皮细胞中，BBB完整性基因（如Cldn5、Ocln、Tjp1）和转运体基因（Slc2a1、Abcb1）的富集评分显著降低，表明脂质负载直接关联紧密连接结构破坏和物质转运异常。
3. 代谢重编程与线粒体功能失调
脂质积累伴随糖酵解关键酶（Hk1、Hk2、Pkm）及葡萄糖转运体Slc2a1（GLUT1）下调，而脂肪酸氧化途径增强。差异表达分析进一步发现，脂质负载内皮细胞中线粒体电子传递链基因（mt-Nd4、mt-Co1）表达降低，提示氧化磷酸化（OXPHOS）受损。
4. 衰老与炎症表型加剧
Plin2+内皮细胞中衰老核心基因（如Cdkn2a）、衰老相关分泌表型（SASP）和神经炎症基因富集评分显著升高，且老年组中衰老细胞比例增至6.5%（年轻组为2.7%）。类似表型在脂质积累小胶质细胞（LDAM）中也被验证，而星形胶质细胞未见此关联。
5. 体内验证脂质积累内皮细胞
蛋白质印迹显示老年小鼠脑内皮细胞PLIN2和DGAT1蛋白水平升高，ATGL蛋白降低；免疫组化证实海马区存在CD31+PLIN2+内皮细胞，年轻脑中罕见。
结论与意义
本研究通过多组学整合分析，首次提出“脂质负载内皮细胞”是衰老大脑微血管功能障碍的关键驱动因素。脂质积累通过代谢重编程（糖酵解抑制、FAO增强）和线粒体氧化应激，诱发细胞衰老与炎症，最终导致BBB破坏和神经血管耦合（NVC）失调。该发现不仅深化了对血管认知障碍（VCI）机制的理解，还为通过调控内皮脂质代谢（如增强脂解或抑制脂质合成）延缓脑血管衰老提供了新靶点。未来需通过内皮特异性基因操纵模型进一步验证因果关联，并探索区域特异性脂质代谢差异在认知衰退中的作用。
