王以政团队发现缺血性中风谷氨酸毒性的潜在新靶点

细胞外谷氨酸导致缺血的脑损伤。在生理条件下，谷氨酸转运蛋白负责调节其在大脑中的细胞内/细胞外浓度。然而，细胞外谷氨酸在缺血中是如何被调节的仍不清楚。

2021年9月8日，中国科学院上海神经生物研究所及复旦大学等多单位合作，王以政团队在Science Translational Medicine (IF=17.96) 在线发表题为“Smoothened is a therapeutic target for reducing glutamate toxicity in ischemic stroke”的研究论文，该研究表明sonic hedgehog (SHH) -Smoothened(SMO)-GLT-1 通路控制细胞外谷氨酸并阻断 SMO 减少了啮齿动物的缺血性脑损伤。

SHH 在缺血的啮齿动物模型中迅速释放，其通路的激活与神经元损伤有关。抑制 SMO（SHH 信号传导的介质）可维持 GLT-1 膜表达、降低细胞外谷氨酸、减少梗塞体积并改善小鼠的神经功能。从机制上讲，SHH 通过 GLT-1 上丝氨酸 562 的 PKCα 磷酸化抑制 GLT-1 膜表达。最后，FDA 批准用于临床癌症治疗的 SMO 拮抗剂 NVP-LDE225 的给药对小鼠和食蟹猴缺血具有保护作用。总之，这些结果表明 SMO 可以作为治疗缺血谷氨酸毒性的靶点。

在缺血时，大量释放的谷氨酸盐会迅速积聚在细胞外空间，这主要是由于再摄取不足。随后，神经元中的 Ca2+ 通过 N-甲基-d-天冬氨酸受体 (NMDARs) 超载引发一系列反应，如梗塞周围去极化、炎症和程序性细胞死亡，表明缺血性脑损伤后谷氨酸毒性可能在第一阶段发挥重要作用。

在大鼠、猫和兔中风模型中，在缺血性损伤后几小时，阻断 NMDAR 可减少梗死体积。然而，NMDAR 抑制剂的临床试验因其无效和有害副作用而失败。NMDAR 拮抗剂失败的一个可能原因是 NMDAR 介导的突触神经传递是生理条件下神经元存活所必需的。此后，在不阻断 NMDARs 的生理作用的情况下，人们做出了巨大努力来减弱谷氨酸毒性的影响；特别是，靶向 PSD-95 在治疗缺血性中风方面显示出有希望的转化结果。

由于中风仍然是世界范围内的主要死亡原因之一，因此迫切需要探索谷氨酸毒性的机制以寻找潜在的治疗靶点。细胞间隙中谷氨酸的含量由谷氨酸释放和吸收这两个协调过程决定，在生理条件下，谷氨酸的浓度保持在 1 μM 以下 。谷氨酸摄取主要由哺乳动物细胞中属于溶质载体家族 1 (SLC1) 的蛋白质控制。其中，SLC1A3（GLAST）和SLC1A2（GLT-1）主要位于星形胶质细胞中，而SLC1A1（EAAC1）主要在中枢神经系统（CNS）的神经元中表达。 

GLT-1 负责成人大脑中 90% 以上的谷氨酸摄取 ；因此，调节 GLT-1 活性是维持谷氨酸稳态和控制谷氨酸毒性的关键。在临床前模型中，用头孢曲松上调 GLT-1 可降低细胞外谷氨酸和谷氨酸毒性。然而，在急性缺血性中风中维持 GLT-1 活性仍然具有挑战性，因为 GLT-1 上调需要数天。

Smoothened (SMO) 是sonic hedgehog (SHH) 的关键介质，SHH 是一种在胚胎发育过程中被称为丝裂原和形态原的蛋白质。SHH 通过两种不同的途径发挥作用：在经典途径中，SHH 与其受体 PTCH-1 结合以减轻 SMO，随后触发一系列事件，并以 GLI1 和 GLI2 的上调结束。在非常规途径中，SHH 通过 PTCH-1 或 SMO 发挥作用，但不会触发基因转录。一个典型的例子是轴突在几分钟内以 SMO 依赖的方式响应 SHH 刺激；这种快速反应表明基因调控不参与 SHH 诱导的轴突导向。SHH 信号已被视为一种保护因素，因为它是缺血后再灌注期间脑组织修复所必需的。然而，它是否在缺血的急性期起作用仍然很大程度上未知。

在这里，该研究报告了 SMO 的激活抑制了 GLT-1 的活性，导致细胞外谷氨酸增加。在缺血中抑制 SMO 可维持 GLT-1 活性以抑制小鼠的谷氨酸毒性。具体而言，SHH 通过磷酸化 GLT-1 上的丝氨酸 562 来抑制 GLT-1 膜表达，这是由 PKCα 通过星形胶质细胞中 SMO 依赖性非经典途径介导的。此外，为了弥合啮齿动物和人类之间的转化差距，该研究将 NVP-LDE225（一种临床上用于肿瘤治疗的 SMO 拮抗剂）应用于食蟹猴，发现该治疗在缺血模型中具有短期和长期保护作用。因此，SMO 代表了保护大脑免受缺血性损伤的潜在治疗靶点。

参考消息：

https://www.science.org/doi/10.1126/scitranslmed.aba3444