王以政团队发现缺血性中风谷氨酸毒性的潜在新靶点

科技工作者之家 09月11日

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。

20210915104440_85a577.jpg

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

来源:brainnews

原文链接:http://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI2ODEyOTE3OQ==&mid=2649605922&idx=5&sn=5bf3e081ee7e21311ad154e881718b4b

版权声明:除非特别注明,本站所载内容来源于互联网、微信公众号等公开渠道,不代表本站观点,仅供参考、交流、公益传播之目的。转载的稿件版权归原作者或机构所有,如有侵权,请联系删除。

电话:(010)86409582

邮箱:kejie@scimall.org.cn

细胞 谷氨酸 缺血性 谷氨酸受体 细胞毒性 SMO

推荐资讯