SOD1通过调控CXCR4转录激活STAT3信号通路诱导皮层神经元缺血耐受的新机制

《Journal of Advanced Research》：SOD1 regulates CXCR4 transcription in cortical neurons for establishment of cerebral ischemic tolerance

本研究针对脑缺血耐受机制不清的问题，开展了SOD1在缺血预处理诱导神经保护中的作用研究。研究人员发现SOD1通过核转位直接结合CXCR4基因启动子，激活CXCR4-STAT3信号通路，抑制神经元凋亡，从而建立缺血耐受。该研究揭示了SOD1的非经典转录调控功能，为缺血性卒中防治提供了新靶点。

　　

脑卒中作为全球致残和致死的主要原因之一，其中缺血性卒中占卒中病例的绝大部分。尽管血管内治疗和溶栓治疗提高了急性缺血性卒中的再通成功率，但减轻卒中损伤的治疗干预手段仍然有限。大脑具有执行内源性保护机制的非凡能力，能够对各种亚致死应激刺激产生"预处理"反应，这种现象被称为"缺血耐受"。然而，脑缺血耐受相关机制的解析仍相对不足。

超氧化物歧化酶1（SOD1）作为重要的抗氧化酶，除了传统的清除超氧阴离子功能外，新证据表明SOD1还能作为调节蛋白参与信号转导、呼吸作用、核糖体生物发生和细胞增殖等过程。近期研究表明SOD1在预处理刺激诱导的缺血耐受中起关键作用，但关于SOD1在神经元中调节缺血耐受的分子机制仍存在知识空白。

本研究发表在《Journal of Advanced Research》，研究人员通过建立体内外缺血耐受模型，结合多种分子生物学技术，揭示了SOD1通过调控CXCR4转录建立脑缺血耐受的新机制。

关键技术方法包括：采用双侧颈总动脉结扎（2VO）建立小鼠全脑缺血模型，氧糖剥夺（OGD）建立体外缺血模型，运用CUT&Tag测序技术分析SOD1全基因组结合位点，通过细胞分馏和免疫荧光染色分析SOD1亚细胞定位，并使用Western blot、RT-qPCR等技术检测基因和蛋白表达。实验样本来源于C57BL/6小鼠和原代培养的皮层神经元。

瞬时全脑缺血诱导大脑皮层显著的缺血耐受

研究人员通过比较大脑不同区域对缺血预处理的反应，发现皮层、纹状体和丘脑区域表现出缺血耐受表型，而海马区则未显现明显保护效应。透射电镜结果显示缺血预处理显著减轻了损伤性缺血引起的神经元超微结构损伤。神经功能评估进一步证实了缺血预处理对皮层神经功能的保护作用。

缺血预处理改变不同脑区SOD1表达和核积聚

研究发现缺血预处理后，皮层和纹状体区域的SOD1表达显著增加，且SOD1在神经元核内明显积聚。免疫荧光染色显示皮层神经元在缺血预处理后SOD1核转位最为显著，提示SOD1在皮层神经元的缺血耐受中发挥关键作用。

SOD1是皮层神经元缺血预处理诱导缺血耐受所必需的

通过体外氧糖剥夺模型，研究人员证实缺血预处理诱导SOD1表达上调和核转位。SOD1敲除实验表明，SOD1缺失显著削弱了缺血预处理诱导的神经保护作用，证实了SOD1在建立缺血耐受中的必要性。

缺血预处理诱导SOD1调控皮层神经元CXCR4转录活性

CUT&Tag测序分析显示，缺血预处理显著改变了SOD1在启动子区域的结合模式，其中CXCR4通路是富集最显著的 pathway之一。实验证实SOD1直接结合CXCR4基因启动子区域，并促进其转录激活。SOD1敲除完全阻断了缺血预处理诱导的CXCR4表达上调。

缺血预处理诱导的SOD1介导的CXCR4-STAT3信号通路上调减轻皮层神经元凋亡

研究发现CXCR4抑制剂处理可取消缺血预处理的抗凋亡保护效应，而CXCR4激动剂NUCC-390则进一步增强这种保护作用。机制上，CXCR4通过激活STAT3信号通路，调节Bcl-2、BAX和cleaved caspase-3等凋亡相关蛋白表达，从而抑制神经元凋亡。SOD1敲除实验证实SOD1是CXCR4-STAT3通路激活的上游必需因子。

本研究首次揭示了SOD1在缺血预处理诱导的脑缺血耐受中发挥非经典转录调控功能的新机制。研究发现SOD1通过核转位直接结合CXCR4基因启动子，激活CXCR4-STAT3信号通路，进而抑制神经元凋亡，建立缺血耐受。这一发现不仅深化了对脑内源性保护机制的认识，而且为缺血性卒中的防治提供了新的潜在靶点。CXCR4激动剂如NUCC-390可能作为预防性药物，用于高风险人群的缺血防护，具有重要的临床转化价值。该研究为开发针对缺血性脑血管疾病的新治疗策略提供了重要理论依据。