《Biomolecules》：Extracellular Pgk1 or Its Derived Short Peptide Interacted with Membrane-Associated Enolase 2 Receptor: A Potential Therapy for ALS Motor Neuron Degeneration
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肌萎缩侧索硬化症（ALS）仍是一种难以攻克的运动神经元（MN）疾病，患者数量持续增长，而有效治疗手段极为有限。本文综述了细胞外磷酸甘油酸激酶1（ePgk1）如何在体外与体内改善运动神经元神经突起生长（NOMN）及轴突生长。研究人员首先阐明了ePgk1的一种新型
肌萎缩侧索硬化症（ALS）仍是一种难以攻克的运动神经元（MN）疾病，患者数量持续增长，而有效治疗手段极为有限。本文综述了细胞外磷酸甘油酸激酶1（ePgk1）如何在体外与体内改善运动神经元神经突起生长（NOMN）及轴突生长。研究人员首先阐明了ePgk1的一种新型非经典功能，即其作为神经组织与肌肉组织之间跨组织介质的作用。随后，研究人员发现神经元膜性烯醇化酶2（Eno2）可作为配体ePgk1的受体，且ePgk1-Eno2相互作用可抑制Rac1-GTP/p-Pak1-T423/p-P38-T180/pMK2-T334/p-Limk1-S323信号轴，降低p-Cofilin水平，并促进NOMN及轴突生长，最终提示Eno2第419位天冬氨酸残基介导了该相互作用。在关键的临床前步骤中，研究人员自Pgk1截取了两条16个氨基酸的短衍生肽FD-1/-2；在ALS动物模型中，这两种短肽在改善已支配神经肌肉接头、MN胞体、运动表现及延长终点生存方面，均表现出与全长417个氨基酸Pgk1相当的神经保护作用。在此背景下，本文还讨论了Eno1-纤溶酶原相互作用与Eno2-ePgk1相互作用所驱动的相反功能；后者对肿瘤发生是不利的。不同于细胞内Pgk1的作用，ePgk1是一种具有抗血管生成特性的细胞外因子，这进一步支持将ePgk1及其FD-1/-2定位为治疗ALS的有前景的蛋白质/多肽药物。
1. 肌萎缩侧索硬化症（ALS）
文章首先概述ALS的疾病负担与临床异质性。ALS是一种以上、下运动神经元（UMN/LMN）退变为核心特征的致死性神经退行性疾病，临床表现包括进行性肌无力、肌萎缩、瘫痪及最终呼吸衰竭。除运动功能损害外，部分患者还伴随额颞叶痴呆（FTD）或轻度行为、认知改变。文中指出，ALS既包括家族性ALS（FALS），也包括散发性ALS（SALS），其遗传背景复杂，涉及C9orf72、SOD1、TARDBP、FUS、TBK1等多个致病基因，同时还存在多条与RNA代谢异常、蛋白稳态受损、线粒体功能障碍及神经炎症相关的汇聚通路。作者强调，ALS的诊断仍依赖于运动神经元功能状态、神经肌肉接头（NMJ）完整性及轴突回缩等指标，而诊断延迟仍是临床难题。
2. ALS患者数量增长趋势预测
本文指出，至2040年全球ALS患者数量预计将显著上升，反映出该病日益增加的公共卫生压力。尽管ALS被归为罕见病，但未来新增病例数与治疗市场规模均显示出快速增长趋势。作者特别强调，约70%的ALS病例病因未明，这一事实直接限制了基于明确致病机制的药物开发。也就是说，患者基数扩大与病因学不清并存，使ALS治疗研发面临高需求与高难度的双重挑战。
3. ALS当前治疗现状
本节系统回顾了现有ALS治疗方案及其局限性，包括利鲁唑（Riluzole）、依达拉奉（Edaravone）、Tofersen、AMX0035、抗NogoA抗体以及NurOwn干细胞疗法。总体来看，这些治疗主要通过抑制谷氨酸兴奋毒性、清除自由基、干预特定基因表达、支持线粒体与内质网功能或尝试促进神经修复来延缓病程，但临床获益有限，多数仅能轻度延长生存期。部分疗法还伴随给药复杂、不良反应明显、适用人群狭窄或后续临床试验疗效不确切等问题。作者据此指出，目前ALS仍缺乏能够显著改善运动功能与生活质量的有效疗法，新型治疗策略具有迫切需求。
4. 神经退行性变与异常肌肉功能的相关性
文章进一步从病理生物学角度讨论ALS并非单纯的神经元自主性疾病。通过引入脊髓性肌萎缩症（SMA）与脊髓延髓性肌萎缩症（SBMA）的研究证据，作者说明肌细胞功能异常可以通过去神经支配、远端轴突损害及神经肌肉信号失衡反向促进运动神经元退变。在ALS研究中，施旺细胞、星形胶质细胞及骨骼肌细胞的异常均被证明参与病程进展。尤其是肌细胞内突变SOD1表达可诱发ALS样肌萎缩、NMJ解体及MN丢失，提示肌肉并非被动受害者，而可能是驱动神经退变的重要非细胞自主因素。作者据此提出，肌肉与神经之间可能存在尚未完全明确的跨组织调控分子。
5. 小鼠骨骼肌中NogoA过表达诱导ALS样表型
文中综述了NogoA在ALS早期病理中的标志性意义。临床与动物研究均显示，骨骼肌中NogoA表达升高与ALS进展及运动终板丢失密切相关，且这种升高甚至可早于症状出现。转基因模型研究进一步表明，去除内源性NogoA能够延长ALS模型鼠生存，而在野生型肌肉中过表达NogoA则会导致NMJ后突触区域缩小。由此可见，肌肉NogoA过表达既是早期病理标记，也可能直接参与ALS致病过程。
6. NogoA过表达降低Pgk1分泌并诱导ALS发病机制
作者重点总结了NogoA异常如何改变肌肉分泌谱，并最终锁定磷酸甘油酸激酶1（Pgk1）这一关键因子。研究显示，NogoA过表达肌细胞分泌的Pgk1显著下降，而外源补充Pgk1可促进NOMN并降低p-Cofilin。更重要的是，这一效应并非来自Pgk1经典糖酵解功能，而是源于细胞外Pgk1（ePgk1）作为肌肉—神经跨组织信号分子的非经典作用。ePgk1可抑制Rac1-GTP/p-Pak1-T423/p-P38-T180/pMK2-T334/p-Limk1-S323/p-Cofilin通路，从而增强肌动蛋白骨架动态重塑并促进轴突生长。该通路与NogoA-NgR介导的RhoA/ROCK2/p-LIMK/p-Cofilin经典抑制性通路不同。体内实验进一步表明，肌肉注射Pgk1能够延缓ALS模型小鼠的NMJ去神经支配，并在斑马鱼模型中减轻Rtn4al过表达所致的轴突生长缺陷。
7. 细胞膜烯醇化酶2（Eno2）作为ePgk1受体
在机制层面，文章指出Eno2是ePgk1发挥神经保护作用的关键膜相关受体。研究通过结合实验与电子显微证据证明，ePgk1特异性结合神经元膜上的Eno2，而不与Eno1或Eno3相互作用。Pgk1与Eno2共同过表达可更强地抑制p-P38-T180/p-Limk1-S323/p-Cofilin-S3信号轴并促进NOMN。斑马鱼中eno2过表达增强Pgk1促进轴突分支的效应，而eno2敲低则破坏该作用。作者还结合既往研究指出，Eno2除糖酵解相关功能外，还具有神经营养与神经保护属性，可参与PI3K/Akt、MAPK/ERK及RhoA相关通路调控。由此，ePgk1-Eno2被界定为调控运动神经元神经突起及轴突生长的重要新型受体-配体轴。
8. Eno2通过关键氨基酸残基第419位天冬氨酸与ePgk1相互作用
为解析该受体-配体识别的结构基础，文中总结了位点突变研究结果。研究表明，ePgk1的第325
th–417
th氨基酸区段与Eno2的第404
th–431
st区段结合。进一步比较多个Eno2突变体发现，D419S突变显著削弱Pgk1依赖的NOMN促进效应，E420K亦有减弱但程度较轻。斑马鱼体内实验同样显示，eno2-D419S无法像野生型eno2那样恢复轴突生长缺陷。作者据此认为，Eno2第419位天冬氨酸是介导ePgk1-Eno2协同促神经突生长效应的关键决定残基之一，并提示界面电荷吸引可能参与该分子识别过程。
9. 决定Eno1-纤溶酶原与Eno2-ePgk1选择性相互作用的关键残基及其相反生物学功能
文章进一步将Eno2-ePgk1轴与Eno1-纤溶酶原轴进行对照，揭示同一家族蛋白在高度同源结构下可介导相反功能。Eno1是脑内重要的纤溶酶原受体，其C末端赖氨酸残基有助于激活纤溶酶原激活系统（PAS），促进纤维蛋白降解、细胞外基质重塑及血管生成相关过程。与之相反，ePgk1可通过二硫键还原酶活性促进血管抑素（angiostatin）生成，抑制纤溶酶活性并降低血管内皮生长因子（VEGF）表达，呈现抗血管生成效应。结合Eno2第419位天冬氨酸在ePgk1识别中的作用，作者提出Eno家族α19与α20螺旋之间的环区可能决定了Eno1与Eno2分别选择性结合纤溶酶原与ePgk1，从而驱动异构体特异性的相反生物学结局。
10. 细胞内与细胞外Pgk1的治疗学启示
作者强调必须区分细胞内Pgk1与细胞外Pgk1的生物学效应。细胞内Pgk1常与肿瘤代谢重编程、糖酵解增强、上皮—间质转化及肿瘤迁移侵袭相关，其活化虽然可能改善ALS模型中的能量代谢与神经元生存，但理论上存在促肿瘤风险。相较之下，ePgk1在细胞外空间表现出抗血管生成属性，并在神经系统中作为肌肉与运动神经元之间的保护性介质调控NOMN与轴突生长。因此，ePgk1不应被简单视作细胞内Pgk1功能的外延，而应作为具有独立治疗价值的细胞外信号分子加以评估。
11. 来源于Pgk1的16个氨基酸短肽具有与全长ePgk1相当的神经保护作用
考虑到全长Pgk1蛋白分子量较大、不利于工业化开发，作者总结了最小功能结构域鉴定工作。研究锁定Pgk1第345
th–360
th位的16肽片段FD-1，并进一步获得其衍生肽FD-2。两者均可抑制p-P38-T180/p-Limk1-S323/p-Cofilin-S3通路、降低p-Cofilin、促进NOMN，并减轻氧化应激诱导的p-Tau-S396积累及TDP-43核-胞质错位。斑马鱼与ALS小鼠实验进一步表明，FD-1/-2能够增加运动轴突分支、改善C9orf72敲低或TDP43-G348C过表达所致运动缺陷、延缓NMJ去神经支配、保护脊髓前角MN胞体、增强握力并延长生存期。其中FD-2整体疗效优于FD-1，显示出较强的肽药开发潜力。
12. 更高神经保护活性的FD类短肽多层级筛选
在药物优化方面，文章介绍了一种“斑马鱼表型优先、细胞机制验证”的多层级筛选平台。以FD-1对应的16肽M08为基准，研究人员比较了17种突变肽，发现带有单点电荷反转突变E358R的M039在促进CaPMNs分支、恢复ALS样斑马鱼轴突缺陷及改善运动行为方面均优于M08。细胞实验也证实M039更有效提高NOMN比率，并更强地抑制p-Cofilin表达。该部分说明，基于体内表型与机制验证相结合的筛选流程，能够高效发掘比原型肽更具潜力的候选神经保护短肽。
13. 基于Pgk1短肽的转化优势
文章最后从转化医学角度总结Pgk1来源短肽的优势。首先，FD短肽来源于天然人Pgk1序列，理论上具有较高生物相容性与较低免疫原性。其次，这类短肽既适用于家族性ALS，也有望覆盖病因复杂的散发性ALS。再次，其作用机制已相对清晰，包括ePgk1-Eno2受体-配体识别、关键残基定位及下游p-Cofilin调控通路，为后续药物筛选与结构优化奠定基础。与蛋白药、抗体药、基因治疗相比，FD短肽分子更小、制造与质控更简便、成本更低、修饰灵活性更高，且可通过肌肉注射或静脉注射给药，无需病毒或脂质体载体。作者还指出，FD肽在ALS小鼠中的生存获益与NMJ保护幅度具有较强竞争力，并可解释既往抗NogoA抗体疗效不足的原因，即后者并未真正激活Pgk1/Eno2保护通路。
14. 结论
综上，本文围绕ePgk1-Eno2信号轴构建了一个较完整的ALS新型治疗框架。其核心观点是：ePgk1并非通过糖酵解，而是作为细胞外跨组织信号分子，经由膜相关Eno2受体抑制p38/Limk1/Cofilin相关通路，促进运动神经元神经突起生长、维持NMJ并保护MN胞体。Eno2关键氨基酸残基的鉴定以及FD-1、FD-2等短肽的开发，进一步增强了该机制向治疗策略转化的可行性。作者据此认为，ePgk1-Eno2通路及Pgk1来源短肽有望成为ALS乃至其他伴随神经突退化与NMJ功能障碍疾病的蛋白质/多肽治疗基础。
15. 文献检索策略
本文为叙述性、机制导向型综述，而非系统综述或Meta分析。文献主要检索自PubMed、Web of Science与Google Scholar，关键词集中于“ALS”“Pgk1”“extracellular Pgk1”“Enolase 2”“neurite outgrowth”“motor neuron degeneration”“NMJ”“neuroprotection”等。纳入文献以与ePgk1信号、神经保护及ALS治疗策略直接相关的原创研究和代表性研究为主。这一检索策略与全文聚焦于ePgk1-Eno2信号、运动神经元神经突生长和NMJ保护的综述目标相一致。
