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本研究揭示Slc2a5通过调控微胶质细胞果糖代谢及PKM2活性影响急性缺血性脑卒中（AIS）进展，基因敲除显著减轻脑损伤并促进神经保护表型分化，为AIS治疗提供新靶点。
戴胜爱|邱宝山|陈星军|李凤志|姚迪|米慧杰|李俊立斯特|周冰|左健|王一龙|葛伍平|孙文志
北京大学高等跨学科研究学院（AAIS），中国北京100871
摘要
急性缺血性中风（AIS）是全球导致死亡和残疾的主要原因之一。尽管其病理机制复杂，但在临床实践中仍缺乏有效的神经保护策略。小胶质细胞及其代谢过程在AIS的发病机制中起着关键作用，然而小胶质细胞果糖代谢的影响及其潜在机制仍不清楚。在这项研究中，我们确定了Slc2a5（也称为Glut5），这是一种在小胶质细胞中调节果糖代谢的关键因子，它是导致AIS早期进展的关键因素。在小胶质细胞中条件性删除Slc2a5显著减轻了AIS小鼠模型中的脑损伤。单细胞转录组（scRNA-seq）分析表明，删除Slc2a5促进了小胶质细胞分化为具有神经保护特性的亚群。此外，体外实验表明，这种小胶质细胞分化过程主要由丙酮酸激酶M2（PKM2）的活性介导。总体而言，我们的发现揭示了一种新的小胶质细胞Slc2a5介导的果糖代谢途径，该途径会加剧AIS后的脑损伤。这项研究为Slc2a5作为AIS临床治疗的有希望的治疗靶点提供了证据，因为它揭示了其在小胶质细胞代谢和神经保护中的关键作用。
引言
AIS仍然是全球死亡和长期残疾的主要原因之一，给世界各地的医疗系统带来了巨大的流行病学和社会经济负担[1]。根据全球疾病负担（GBD）研究，2019年约有1200万人患有中风，导致约660万人死亡，其中缺血性中风占所有病例的约三分之二[2]。人口老龄化趋势以及可改变的风险因素（包括久坐的生活方式）进一步加剧了AIS的发病率[3]。尽管现代溶栓和血管内取栓技术可以恢复血流[4]，但尚未有任何药物能够实现持久的神经保护作用，因此对AIS的分子机制进行剖析成为下一代治疗的迫切任务。
越来越多的证据表明，神经炎症是AIS进展的核心中介因素[5]。缺血性损伤后，中枢神经系统（CNS）的常驻免疫细胞小胶质细胞迅速被激活，在引发和放大炎症反应中起关键作用[6]。这些细胞具有双重作用：促炎极化通过细胞因子/趋化因子（如IL-1β、TNF-α）的释放加剧神经元死亡，而抗炎表型则通过吞噬细胞碎片促进组织修复[7]。值得注意的是，在小鼠中风模型中，使用集落刺激因子1受体（CSF1R）拮抗剂清除小胶质细胞会增加梗死体积和神经元损失，这明确证明了它们的保护功能[8]。新兴证据进一步表明，小胶质细胞的代谢可塑性是功能极化的决定因素。例如，己糖激酶2（HK2）依赖的糖酵解调控小胶质细胞的激活，而Hk2的缺失会加重中风后的神经炎症和损伤[9]。最近的研究表明，小胶质细胞的代谢状态直接影响其功能表型，代谢重编程决定了它们在中风后是促进神经炎症还是发挥神经保护作用[10]。然而，小胶质细胞代谢与缺血性中风中的功能调节之间的潜在机制仍不完全清楚。
流行病学和临床前研究表明，饮食中的果糖是AIS的一个可改变的风险因素[11]。现代加工食品中普遍存在的高果糖饮食（HFD）与全身代谢紊乱（包括胰岛素抵抗和慢性炎症）有关[12][13][14]。然而，它们在缺血性中风中的作用仍不清楚。新兴证据表明，HFD不仅会加剧全身炎症，还可能影响CNS的代谢途径，从而可能恶化中风的结果[11]。例如，HFD已被证明会改变CNS的能量代谢，促进氧化应激，并增强神经炎症，这些都是导致缺血性脑损伤的关键因素[15]。
在中枢神经系统中，果糖的摄取主要由Slc2a5介导，这种转运蛋白在小胶质细胞中高度富集[16,17]。目前尚不清楚系统信号是否调节这种摄取；在这里，我们关注其在中风中的细胞自主作用。尽管存在这些关联，小胶质细胞果糖代谢在AIS中的因果作用及其作为治疗靶点的潜力仍有待探索。
因此，本研究旨在确定小胶质细胞Slc2a5是否是关键的代谢传感器，将过量的饮食果糖转化为加剧的急性缺血性中风损伤。我们使用在高果糖饮食条件下维持的Slc2a5敲除小鼠，来研究果糖摄取如何调控小胶质细胞表型，以及阻断这一单一转运蛋白（从而中断下游PKM2活性）是否可以使小胶质细胞重新编程为具有神经保护状态，最终减轻中风严重程度。
实验动物和基因分型
动物使用和护理遵循中国脑研究所机构动物护理和使用委员会制定的指南。Slc2a5?/?小鼠[18]由美国圣裘德儿童研究医院的左健教授实验室提供。Tmem119-creER[19]（编号031820）和Cx3cr1-EGFP（编号005582）小鼠来自杰克逊实验室。Slc2a5fl/fl小鼠系（C57BL/6背景）是在葛伍平的实验室设计和生成的
Slc2a5缺陷可减轻缺血性中风引起的脑损伤
长期果糖暴露会加剧AIS小鼠模型中的脑血管损伤[34]。为了阐明饮食果糖摄入与缺血后结果之间的因果关系，我们实施了一种受控的饮食干预方案（图1a）。使用标准2,3,5-三苯基四氮唑氯化物（TTC）染色法在AIS后24小时定量评估脑梗死体积，并采用水肿校正方法[22]，发现了显著的饮食依赖性效应（图1b）。高果糖饮食喂养的小鼠
讨论
我们的研究发现，小胶质细胞Slc2a5是果糖代谢的选择性调节因子，它调控从稳态到SAM的转变，并在AIS中发挥神经保护作用。这种代谢重编程由PKM2酶活性驱动，将果糖摄取与小胶质细胞的功能可塑性联系起来。与先前关于神经炎症条件下脑果糖水平升高的报告一致[39]，我们证明了阻断Slc2a5介导的果糖进入——无论是通过基因手段还是其他方式——
结论
总体而言，我们的研究首次揭示了AIS后Slc2a5的神经保护机制和作用。该基因主要通过PKM2途径影响SPP1+小胶质细胞的分化。作为在中枢神经系统小胶质细胞中特异性和高表达的基因，Slc2a5在调节小胶质细胞状态方面具有显著潜力，对于急性缺血性中风和其他脑疾病具有宝贵的转化治疗应用价值。
CRediT作者贡献声明
戴胜爱：撰写——原始草稿、方法学、研究。邱宝山：可视化、方法学、数据管理。陈星军：方法学、数据管理。李凤志：方法学、数据管理。姚迪：方法学。米慧杰：方法学。李俊立斯特：方法学。周冰：撰写——审稿与编辑。左健：资源准备。王一龙：撰写——审稿与编辑、方法学。葛伍平：撰写——审稿与编辑、资金获取、概念构思。孙文志：撰写——
致谢
我们感谢中国脑研究所孙实验室和葛实验室的所有成员。本工作得到了STI2030重大项目（编号2022ZD0204700，资助对象W. S.和W.G.）、CAMS医学科学创新基金（编号2024-I2M-ZD-012，资助对象W.G.）、国家自然科学基金（编号32170964，资助对象W.G.）、北京青年学者计划（编号065，资助对象W.G.）以及CIBR提供的启动资金的支持。
