癲癇 是常見的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，腦內(nèi)神經(jīng)元的異常放電引起肢體反復(fù)抽搐和意識(shí)喪失，給患者和社會(huì)帶來(lái)沉重的負(fù)擔(dān)。 藥物是治療癲癇的主要方式，但仍有約30%患者對(duì)抗癲癇藥物不敏感，機(jī)制不明，因此深入探析癲癇發(fā)生的機(jī)制具有重要意義。
ATP結(jié)合（ATP-binding cassette, ABC）轉(zhuǎn)運(yùn)體是一類依賴ATP水解將物質(zhì)由細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)移至細(xì)胞外的跨膜蛋白， 多項(xiàng)研究證實(shí)腦內(nèi)分布的ABCG2與癲癇的發(fā)生發(fā)展相關(guān)，然而研究結(jié)果存在爭(zhēng)議且機(jī)制尚不明確[1-3]。
2024年7月4日，海南醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科 李其富、海南醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院 王燕 和國(guó)家兒童醫(yī)學(xué)中心·復(fù)旦大學(xué)附屬兒科醫(yī)院臨床藥學(xué)部/復(fù)旦大學(xué)附屬兒科醫(yī)院昆山分院 李智平 團(tuán)隊(duì)合作在 Redox Biology 期刊上發(fā)表題為 “ABCG2 shields against epilepsy, relieves oxidative stress and apoptosis via inhibiting the ISGylation of STAT1 and mTOR” 的研究論文。 該研究通過(guò)體內(nèi)外模型證實(shí)癲癇發(fā)作后誘導(dǎo)ABCG2應(yīng)激性表達(dá)，通過(guò)抑制STAT1和mTOR的ISG化緩解氧化應(yīng)激和凋亡，揭示ABCG2在癲癇發(fā)生中的保護(hù)作用，為藥物治療提供了潛在新靶點(diǎn)。
1、癲癇動(dòng)物模型和細(xì)胞模型中ABCG2表達(dá)升高
通過(guò)戊四唑（Pentylenetetrazole, PTZ）誘導(dǎo)的急慢性癲癇大鼠模型和海人酸（Kainic acid, KA）誘導(dǎo)的癲癇小鼠模型，發(fā)現(xiàn)在癲癇動(dòng)物海馬組織中，ABCG2蛋白水平顯著升高（圖1）。 應(yīng)用谷氨酸（Glutamate, Glu）和KA誘導(dǎo)小鼠神經(jīng)元細(xì)胞（HT22），脂多糖（Lipopolysaccharide, LPS）和KA誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞（BV2）均能促進(jìn)ABCG2的表達(dá)（圖2）。
圖1 ABCG2蛋白在PTZ誘導(dǎo)急慢性癲癇大鼠和KA誘導(dǎo)的癲癇小鼠海馬和皮質(zhì)中的表達(dá)情況
圖2 ABCG2蛋白在Glu/KA處理的神經(jīng)元（HT22）和LPS/KA處理的小膠質(zhì)細(xì)胞（BV2）中的表達(dá)情況
2、上調(diào)神經(jīng)元和小膠質(zhì)細(xì)胞ABCG2水平可以緩解Glu和KA介導(dǎo)的氧化應(yīng)激和凋亡
為探索ABCG2應(yīng)激性表達(dá)的作用，研究者通過(guò)上調(diào)HT22和BV2細(xì)胞中ABCG2表達(dá)水平，發(fā)現(xiàn)ABCG2可顯著抑制Glu/KA介導(dǎo)的神經(jīng)元和小膠質(zhì)細(xì)胞的氧化應(yīng)激損傷和凋亡（圖3）。 進(jìn)一步應(yīng)用ABCG2抑制劑Ko143抵消ABCG2對(duì)神經(jīng)元和小膠質(zhì)細(xì)胞的保護(hù)作用，提示ABCG2在癲癇發(fā)生中發(fā)揮保護(hù)作用。
圖3 上調(diào)神經(jīng)元和小膠質(zhì)細(xì)胞ABCG2水平可以緩解Glu/KA介導(dǎo)的氧化應(yīng)激和凋亡
3、CRISPR-CAS9敲除ABCG2縮短PTZ處理小鼠的存活時(shí)間，降低小鼠存活率，且與STAT1和mTOR相關(guān)
通過(guò)CRISPR-CAS9構(gòu)建ABCG2敲除小鼠（Knockout, KO），經(jīng)PTZ急性處理后KO小鼠的存活時(shí)間較野生小鼠（Wildtype, WT； KO小鼠：515.5 ± 146.5 s；WT小鼠：1147.0 ± 131.3 s）短，存活率較低（KO小鼠：8.3%, WT小鼠：25%）。
通過(guò)Label-free蛋白組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)在KO小鼠海馬組織中STAT1顯著聚集，伴有mTOR磷酸化水平下降，但上述現(xiàn)象并不依賴于上游調(diào)控因子JAK1和AKT1（圖4A-H）。 進(jìn)一步通過(guò)mTOR抑制劑雷帕霉素（Rapamycin, RAPA）干預(yù)證實(shí)，STAT1的聚集不受mTOR的調(diào)節(jié)（圖4I-P）。
圖4 ABCG2通過(guò)STAT1和mTOR發(fā)揮保護(hù)作用
4、ABCG2與STAT1和mTOR直接結(jié)合，敲除ABCG2后促進(jìn)STAT1和mTOR的ISG化，導(dǎo)致STAT1聚集并抑制mTOR的磷酸化作用
為驗(yàn)證ABCG2與STAT1和mTOR的相互作用關(guān)系，研究者采用免疫共沉淀方法證實(shí)，ABCG2與STAT1和mTOR均存在直接相互作用。 敲除ABCG2后促進(jìn)STAT1和mTOR的ISG化水平，導(dǎo)致STAT1異常聚集，抑制mTOR的磷酸化（圖5）。
圖5 敲除ABCG2后促進(jìn)STAT1和mTOR的ISG化，導(dǎo)致STAT1聚集，同時(shí)抑制mTOR的磷酸化
文章結(jié)論與討論，啟發(fā)與展望綜上所述，該項(xiàng)研究初步證實(shí)癲癇發(fā)作后誘導(dǎo)ABCG2應(yīng)激性表達(dá)可能通過(guò)STAT1和mTOR緩解氧化應(yīng)激和凋亡，為癲癇發(fā)生發(fā)作干預(yù)提供了新思路。研究尚存在一些待解決的問(wèn)題，比如ABCG2在不同類型癲癇患者腦內(nèi)表達(dá)情況及多態(tài)性在癲癇發(fā)生發(fā)展的作用仍需進(jìn)行更深入研究，以夯實(shí)其臨床應(yīng)用。
原文鏈接： _https://doi.org/10.1016/j.redox.2024.103262_
海南醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科碩士研究生 李昶 和 蔡毅 主任醫(yī)師為論文的共同第一作者，海南醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科 李其富 教授、海南醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院 王燕 副研究員和復(fù)旦大學(xué)附屬兒科醫(yī)院臨床藥學(xué)部 李智平 教授為本文的通訊作者。研究受到國(guó)家自然科學(xué)基金、海南省重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目、海南醫(yī)科大學(xué)癲癇研究創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目等項(xiàng)目的資助。
通訊作者簡(jiǎn)介：李其富，海南醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科主任醫(yī)師，教授，博導(dǎo)，中國(guó)醫(yī)師協(xié)會(huì)神經(jīng)內(nèi)科醫(yī)師分會(huì)常務(wù)委員，國(guó)務(wù)院特殊津貼專家，海南省有突出貢獻(xiàn)專家，海南省“領(lǐng)軍人才”。主要從事癲癇發(fā)生機(jī)制研究，相關(guān)成果以第一或通訊作者在 CNS Neuroscience & Therapeutic, Small, Epilepsy Research 等期刊發(fā)表，第一完成人獲海南省自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。
通訊作者簡(jiǎn)介：王燕，海南醫(yī)科大學(xué)藥學(xué)院熱帶藥用植物研究開發(fā)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副研究員，碩導(dǎo)。主要從事癲癇發(fā)生機(jī)制及新藥開發(fā)工作，以第一或通訊作者在 CNS Neuroscience & Therapeutic, Molecules, Brain Research 等期刊發(fā)表SCI論文多篇。
通訊作者簡(jiǎn)介：李智平，國(guó)家兒童醫(yī)學(xué)中心·復(fù)旦大學(xué)附屬兒科醫(yī)院臨床藥學(xué)部主任藥師，教授，博導(dǎo)。國(guó)家衛(wèi)健委兒童用藥專家組委員，國(guó)家衛(wèi)健委合理用藥專委會(huì)兒科用藥專家組委員兼秘書，教育部藥學(xué)教指委臨床藥學(xué)分委會(huì)委員，中國(guó)藥學(xué)會(huì)兒童藥物專委會(huì)首屆主任委員，上海市領(lǐng)軍人才，上海市優(yōu)秀學(xué)科帶頭人，上海市高水平地方高校復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院臨床藥學(xué)與監(jiān)管科學(xué)重點(diǎn)創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)建設(shè)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)帶頭人。長(zhǎng)期從事耐藥性癲癇發(fā)生機(jī)制、IBD新藥靶點(diǎn)、新型抗菌藥物靶點(diǎn)篩選和兒科疑難危重癥及復(fù)雜慢病個(gè)體化精準(zhǔn)治療研究，以第一或通訊作者在 Acta Pharmaceutica Sinica B, Pediatric Drugs, CNS Neuroscience & Therapeutic, BMJ Open 等期刊發(fā)表SCI論文90篇。
