实验性缺血性脑卒中后小鼠大脑皮层蛋白质组学分析：揭示损伤与修复新生物标志物

《Cellular and Molecular Neurobiology》：Proteomic Analysis of Mouse Cerebral Cortex Following Experimental Ischemic Stroke: Identifying Novel Biomarkers of Damage and Repair

本研究针对缺血性脑卒中缺乏有效分子标志物的临床难题，通过蛋白质组学技术系统分析了小鼠大脑皮层在卒中急慢性期的动态变化。研究人员采用改良Koizumi法建立大脑中动脉阻塞模型，结合磁共振成像和神经功能评分，利用数据非依赖性采集质谱技术鉴定出74个差异表达蛋白，其中13个为首次报道与卒中相关。这些发现为揭示卒中后能量代谢、神经炎症和细胞重塑机制提供了新视角，为开发诊断工具和治疗靶点奠定了分子基础。

　　

脑卒中作为全球第二大致死原因和长期残疾的主要诱因，持续对公共健康构成严峻挑战。其中缺血性脑卒中占全部病例的85%，虽然静脉溶栓和血管内取栓等再灌注策略已取得进展，但临床仍缺乏能够动态反映损伤演变和神经修复过程的分子监测工具。当前诊断主要依赖神经影像学，这些技术虽能评估病灶范围，却难以捕捉卒中后复杂的生物学过程动态变化。这种局限性促使科学界积极探索能够作为补充诊断工具的分子生物标志物。

在这一背景下，Dominik Hamer等研究人员在《Cellular and Molecular Neurobiology》上发表了题为"Proteomic Analysis of Mouse Cerebral Cortex Following Experimental Ischemic Stroke: Identifying Novel Biomarkers of Damage and Repair"的研究论文。该研究通过建立改良Koizumi法大脑中动脉阻塞(MCAO)小鼠模型，结合纵向多时间点分析策略，深入探索了卒中后大脑皮层的蛋白质组动态变化规律。

研究团队采用的关键技术方法包括：通过30分钟大脑中动脉阻塞建立缺血性卒中模型；使用7T BioSpec 70/20 USR系统进行纵向磁共振成像(MRI)监测；采用数据非依赖性采集(DIA)质谱技术进行蛋白质组定量分析；利用Mfuzz聚类算法分析时间序列表达模式；通过PANTHER数据库进行基因本体(GO)富集分析。实验样本来自萨格勒布大学医学院脑研究所动物设施培育的雄性野生型小鼠，最终15只动物纳入蛋白质组学分析。

2.1.卒中后缺血性脑损伤程度与动物神经状态

磁共振成像数据显示，急性期同侧半球出现明显血管源性水肿，体积扩张至163.76±9.54 mm3，而慢性期则表现为显著组织损失(104.73±12.42 mm3)。神经功能评分表明动物在卒中后急性期出现明显神经功能缺损，第35天时功能部分恢复。这些结果为后续蛋白质组学分析提供了可靠的病理生理基础。

2.2.卒中诱导的大脑皮层蛋白质组变化

2.2.1.小鼠皮层中差异表达蛋白的时间谱分析和富集分析

在同侧皮层中，研究人员鉴定出74个具有显著时序变化的差异表达蛋白(DEPs)，这些蛋白被划分为四个表达簇：急性慢性均上调(29个)、急性上调慢性下调(8个)、急性下调慢性上调(15个)以及急性慢性均下调(22个)。基因本体分析显示这些蛋白参与47个生物过程，包括突触信号传递、免疫反应、细胞间通讯、细胞骨架组织和增殖等关键通路。

2.2.2.蛋白质表达与缺血病灶大小和功能恢复的关联

通过将蛋白质表达变化与病灶体积和神经功能评分关联分析，研究发现10个同侧皮层蛋白和3个对侧皮层蛋白与卒中病理生理学首次关联。其中，酰基辅酶A结合蛋白(Dbi)、钙磷脂结合蛋白3(Cpne3)、动力蛋白2(Dnm2)等蛋白的表达模式与组织重组和功能恢复指标呈现明显相关性，提示这些蛋白可能作为潜在的生物标志物。

研究结论部分深入探讨了这些发现的生物学意义。在细胞骨架破坏和炎症方面，胶质纤维酸性蛋白(GFap)的持续上调反映了反应性星形胶质细胞增生，而补体C3(C3)的显著上调(急性期FC=4.19，慢性期FC=11.79)表明先天免疫反应的持续激活。代谢紊乱相关蛋白中，6-磷酸葡萄糖酸内酯酶(Pgls)和转醛醇酶(Taldo1)的上调提示磷酸戊糖途径的激活，可能为细胞修复提供核苷酸前体。

在膜重塑和突触功能障碍方面，动力蛋白2(Dnm2)和钙磷脂结合蛋白3(Cpne3)的调控可能影响突触可塑性和神经再生。特别值得注意的是对侧皮层的反应，虽然变化较为有限，但1-酰基-sn-甘油-3-磷酸酰基转移酶γ(Agpat3)和电压依赖性钙通道γ-8亚基(Cacng8)等蛋白的上调提示了对侧半球可能通过代谢适应和信号传导调节参与功能代偿。

该研究的创新性在于首次系统描绘了缺血性脑卒中后急慢性期的动态蛋白质组图谱，并鉴定出13个与卒中病理生理学相关的新蛋白。这些发现不仅深化了对卒中后分子机制的理解，更重要的是为开发新型诊断生物标志物和治疗靶点提供了重要线索。尽管研究存在样本量有限、缺乏假手术对照组等局限性，但其采用的纵向多组学分析策略为卒中研究提供了新范式，为未来开展更大规模的验证研究和机制探索奠定了坚实基础。