癫痫不仅是“大脑放电异常”，发作过程中还会引发强烈的氧化应激和神经炎症，导致神经元损伤甚至死亡。科学家一直在寻找大脑自身的“保护机制”，有没有什么分子能在癫痫发生时挺身而出，减轻伤害？
基于此，海南医科大学第一附属医院神经内科李其富、海南医科大学药学院王燕和国家儿童医学中心·复旦大学附属儿科医院临床药学部/复旦大学附属儿科医院昆山分院李智平研究团队在《Redox Biology》杂志发表了“ABCG2 shields against epilepsy, relieves oxidative stress and apoptosis via inhibiting the ISGylation of STAT1 and mTOR”揭示了ABCG2通过抑制STAT1和mTOR的ISG15化修饰抵御癫痫、缓解氧化应激和细胞凋亡。
本研究发现，在癫痫模型中，ABCG2表达迅速升高，并发挥神经保护作用：体外过表达ABCG2可显著减轻谷氨酸、红藻氨酸（KA）和LPS诱导的神经元与小胶质细胞氧化应激及凋亡，而抑制ABCG2则消除该保护效应。体内实验显示，ABCG2基因敲除小鼠（ABCG2⁻/⁻）在戊四氮（PTZ）诱导下生存时间更短、存活率更低。ABCG2缺失导致STAT1蛋白积累、mTOR磷酸化减少及ISG15化修饰增强；而ABCG2过表达可直接结合STAT1和mTOR，抑制其ISG15化。结果表明，ABCG2在癫痫早期快速上调具有保护作用，有望成为抗癫痫治疗的新靶点。
图一 ABCG2在多种癫痫模型海马中瞬时上调
研究发现，无论是用高剂量戊四氮（60 mg/kg）诱导急性癫痫，还是用亚惊厥剂量（35 mg/kg）或红藻氨酸建立慢性癫痫模型，ABCG2蛋白在小鼠和大鼠海马中均显著升高，但mRNA仅在急性期或慢性早期短暂增加，提示其表达具有“快速响应、持续保护”的特点。这种变化仅出现在海马，皮层无明显改变。慢性给予红藻氨酸的小鼠在第7天和第30天的旷场试验（）中显示中央区域活动周期减少。
进一步通过细胞标记染色发现，ABCG2主要在神经元中表达，小胶质细胞中有少量表达，而星形胶质细胞几乎不表达。
这些结果表明：干扰GABA或谷氨酸系统可触发海马神经元快速上调ABCG2蛋白，可能是大脑应对癫痫损伤的一种自我保护机制。
图二 ABCG2在癫痫相关刺激下于神经元和小胶质细胞中上调
作者在体外用谷氨酸、红藻氨酸和脂多糖模拟癫痫相关损伤，发现这些刺激物可在神经元（HT22）和小胶质细胞（BV2）中瞬时诱导ABCG2表达：
谷氨酸（5 mM）或红藻氨酸（150 μM）处理后，ABCG2蛋白在12–24小时内明显升高，随后逐渐回落；
长时间刺激（如96小时谷氨酸）则主要提升ABCG2的mRNA水平；
在BV2小胶质细胞中，脂多糖和红藻氨酸同样引起ABCG2 mRNA和蛋白同步增加。
结果表明，多种癫痫相关因子可在体外快速激活ABCG2表达，提示其是神经细胞应对损伤的早期保护反应。
图三 CRISPR-CAS9敲除ABCG2缩短了急性戊四氮诱导小鼠的生存时间并降低存活率
作者构建了基于CRISPR的基因敲除小鼠，以进一步验证ABCG2在癫痫中的作用。
与野生型小鼠相比，ABCG2−/−小鼠中ABCG2 mRNA表达显著降低。与野生型小鼠相比，ABCG2−/−小鼠在4至9周龄期间体重正常，仅在6周龄时例外。与野生型小鼠相比，ABCG2−/−小鼠在第6周旷场试验中中央区域活动距离显著减少，第8周粪便计数增加，但其他周未见差异，提示ABCG2缺失对认知功能的影响有限。
然而，当ABCG2−/−小鼠腹腔注射90 mg/kg戊四氮后，潜伏期和2-5级癫痫发作次数未见明显改变，但与野生型小鼠相比生存时间显著缩短、存活率降低，表明ABCG2缺失并未导致癫痫易感性增加，但加重了癫痫相关的死亡。
图四 ABCG2、STAT1和mTOR之间的直接相互作用
作者推测ABCG2、mTOR和STAT1之间存在直接相互作用，因为mTOR和STAT1是独立调控的。因此在经谷氨酸处理或未处理的HT22细胞中进行了免疫共沉淀实验，结果表明ABCG2与STAT1和mTOR结合，而谷氨酸诱导的HT22细胞显示出增强的相互作用。
此外，通过免疫荧光染色，在谷氨酸处理的HT22细胞的细胞质和细胞核中，mTOR或STAT1与ABCG2显示出明显的共定位，提示ABCG2的瞬时过表达与mTOR和STAT1发生接触。
总结
本研究发现，ABCG2在癫痫早期瞬时上调，通过与STAT1和mTOR形成复合物，抑制二者的ISG15化修饰，从而促进mTOR磷酸化、减少STAT1积累，有效缓解神经元和小胶质细胞的氧化应激与凋亡。ABCG2缺失则导致该复合物解离，加剧mTOR失活与STAT1介导的损伤。本研究揭示ABCG2通过抑制STAT1/mTOR的ISG15化修饰发挥神经保护作用，为癫痫治疗提供了新靶点和新机制。
文章来源：
https://doi.org/10.1016/j.redox.2024.103262
欣软产品应用
欢迎转发分享
热门跟贴