本研究通过整合理论建模与高分辨率成像技术，深入揭示了染色质与核纤层相互作用形成核纤层关联域（LADs）的生物物理机制。论文开发了一个基于非平衡热力学和表观遗传反应动力学的理论框架，能够预测人类间充质干细胞中LAD的形态变化，并首次量化了染色质-核纤层亲和力的空间分布。该模型结合了染色质-染色质相互作用、组蛋白修饰（如甲基化和乙酰化）以及核内异质性（如核孔复合体），并通过随机光学重建显微镜（STORM）成像数据进行了验证。

本研究的的重要发现者包括Stefanie Lichtenberg, Laura Vinnenberg, Falk Steffen, Isabelle Plegge, Nicholas Hanuscheck, Vera Dobelmann, Joel Gruchot, Christina B. Schroeter, Haribaskar Ramachandran, Beatrice Wasser, Derya Bachir, Christopher Nelke, Jonas Franz, Christoph Riethmuller, Stefan Tenzer, Ute Distler, Christina Francisca Vogelaar, Kristina Kusche-Vihrog, Boris V. Skryabin, Timofey S. Rozhdestvensky, Albrecht Schwab, Jean Krutmann, Andrea Rossi, Thomas Budde, Stefan Bittner, Sven G. Meuth, & Tobias Ruck。论文题为“The potassium channel K2p2.1 shapes the morphology and function of brain endothelial cells via actin network remodeling”，于2025年7月在《Nature Communications》期刊上线发表。

重要发现
01核心贡献
本研究的核心贡献在于阐明了K2P2.1钾通道如何通过调节肌动蛋白动力学，影响BBB内皮细胞的形态和功能，从而调控免疫细胞迁移。论文首次将K2P2.1的机械敏感性与其在炎症条件下的快速下调联系起来，揭示了PI(4,5)P2-cofilin 1轴作为关键下游通路。这一发现不仅深化了对BBB生理的理解，还为神经炎症疾病（如多发性硬化症）的治疗提供了潜在靶点。

在体外实验中，研究使用原代小鼠脑微血管内皮细胞（MBMECs），通过原子力显微镜（AFM）分析细胞表面形貌和机械性质。AFM成像显示，Kcnk2-/- MBMECs或炎症处理的WT MBMECs会形成更多膜突起，这些突起通过局部几何测量和人工神经网络自动分类进行量化。AFM技术的高分辨率能力，使研究人员能够纳米级精度地表征细胞表面变化，如突起数量和体积的增加，这与免疫细胞粘附增强相关。

此外，免疫荧光成像被用于可视化肌动蛋白细胞骨架和ICAM1分布。研究显示，K2P2.1缺失或炎症条件下，cofilin 1的活性形式（去磷酸化）增加，并通过邻近连接 assay（PLA）技术验证了PI(4,5)P2与cofilin 1的相互作用增强。PLA作为一种高特异性蛋白质相互作用成像方法，能够在单细胞水平上检测分子结合，避免了传统荧光标记的干扰。这些成像技术的结合，提供了从分子到细胞水平的全面视角。

创新与亮点
01成像难题的突破
本研究在成像技术应用上实现了多项突破。首先，通过整合原子力显微镜（AFM）和双光子显微镜，论文将纳米级细胞形貌分析与活体动态观察相结合，解决了BBB研究中细胞机械性质与免疫功能关联的成像难题。AFM能够量化皮质刚度和表面突起，而双光子显微镜则允许在活体动物中实时追踪免疫细胞迁移，这种多尺度成像方法提供了前所未有的空间和时间分辨率。

其次，邻近连接 assay（PLA）技术的创新应用，使研究人员能够直接可视化PI(4,5)P2与cofilin 1的相互作用，而无需遗传修饰或荧光标记。这克服了传统蛋白质相互作用检测的局限性，为研究细胞信号转导提供了新工具。此外，免疫荧光与自动图像分析相结合，实现了肌动蛋白纤维的定量化（如纤维指数），提升了数据可靠性。

02新成像技术与生物医学价值
论文中采用的成像技术不仅具有方法学创新，还展现出显著的生物医学价值。双光子显微镜的深层组织成像能力，使其成为神经炎症研究的重要工具，可实时监测疾病进展。AFM的机械性质测量，则有助于理解细胞刚度在免疫细胞迁移中的作用，为开发调节BBB通透性的药物提供了靶点。这些成像进展有望推动精准医疗，例如，通过靶向K2P2.1-cofilin轴，可能开发出新型抗炎疗法，用于治疗多发性硬化症等神经疾病。

总结与展望
本研究系统阐述了K2P2.1钾通道通过肌动蛋白网络重塑调控脑内皮细胞功能的机制，突出了成像技术在揭示这一过程中的关键作用。通过原子力显微镜、双光子显微镜等成像工具，研究提供了从分子到活体水平的证据，深化了对血脑屏障功能障碍的理解。展望未来，新兴成像技术如超分辨率显微镜或光声成像，可能提供更高精度的时空动态信息，推动神经疾病诊断和治疗的发展。

DOI:10.1038/s41467-025-61816-9.