PHGDH来源的丝氨酸对卒中后血管重塑至关重要

《Journal of Advanced Research》：PHGDH-derived serine is essential for vascular remodeling after stroke

　　

摘要

引言
星形胶质细胞-血管串扰有助于脑损伤后的血管修复和重塑。3-磷酸甘油酸脱氢酶（3-phosphoglycerate dehydrogenase，PHGDH）是丝氨酸合成的限速酶，已成为细胞生长和代谢的关键因子。然而，PHGDH在缺血性卒中中的作用尚不清楚。

目的
本研究旨在确定PHGDH来源的丝氨酸是否有助于缺血性卒中后的新生血管形成和功能恢复。

方法
研究人员采用星形胶质细胞特异性PHGDH敲除和PHGDH过表达小鼠，评估PHGDH在卒中后新生血管形成、血管重塑和功能恢复中的作用。为探讨血管溶质载体家族38成员2（solute carrier family 38 member 2，SLC38A2）与星形胶质细胞PHGDH之间的相互作用，研究人员使用携带shRNA（shSlc38a2）的AAV-BR1病毒在PHGDH过表达小鼠中敲低SLC38A2。此外，研究人员用哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物1（mammalian target of rapamycin complex1，mTORC₁）抑制剂雷帕霉素处理小鼠，以评估mTORC₁对缺血性卒中后血管生成和血管完整性的影响。

结果
在卒中恢复期间，PHGDH在星形胶质细胞中的表达显著上调，导致缺血皮层中丝氨酸积累。敲除星形胶质细胞中的PHGDH会降低丝氨酸水平，增加血管通透性，损害新生血管形成和功能性血管的形成，并在缺血性卒中后14天降低血管灌注和脑血流量。相反，星形胶质细胞PHGDH过表达可增加丝氨酸水平，促进新生血管形成和血管重塑，并改善血流量和长期功能恢复。这些效应通过SLC38A2转运体介导，内皮SLC38A2沉默导致PHGDH过表达小鼠血管丝氨酸水平降低、mTORC₁失活，并阻断新生血管形成和血管修复。此外，输注雷帕霉素损害了血管修复和可塑性。

结论
研究人员的观察表明，卒中后新生血管形成受涉及PHGDH介导的丝氨酸升高的星形胶质细胞-血管相互作用调节。

缺血性卒中仍是导致长期残疾的主要原因，现有治疗手段有限。从既有血管网络形成新生血管的血管生成过程，对于恢复脑血流、代谢微环境和神经元功能至关重要。星形胶质细胞是神经血管单元的重要组成细胞，通过终足与脑血管直接接触，参与维持脑微环境稳态并调节局部脑血流。然而，缺血后星形胶质细胞与内皮细胞之间的代谢串扰机制仍未充分阐明。丝氨酸作为一种非必需氨基酸，通过支持蛋白质、核苷酸、脂质和抗氧化剂合成而参与细胞生长和增殖；PHGDH是丝氨酸从头合成途径的限速酶，已被证明在血管生成和内皮增殖中发挥关键作用，其基因突变可导致视网膜血管完整性和功能破坏。但PHGDH在缺血性卒中后血管重塑中的作用尚不清楚。为此，Zhongwang Liu等研究人员开展本研究，成果发表于《Journal of Advanced Research》，旨在探讨星形胶质细胞PHGDH来源的丝氨酸是否参与卒中后新生血管形成和功能恢复，并揭示其潜在分子机制。

研究人员通过星形胶质细胞特异性PHGDH敲除和过表达小鼠模型，结合内皮SLC38A2敲低和mTORC₁药理学抑制，揭示了PHGDH-丝氨酸-SLC38A2-mTORC₁信号轴在卒中后血管重塑中的关键作用。该研究证明，卒中后星形胶质细胞PHGDH表达上调并合成丝氨酸，丝氨酸经内皮SLC38A2转运进入微血管，激活mTORC₁信号，进而促进新生血管形成、改善血管完整性和脑血流，最终促进神经功能恢复。该发现为通过调节PHGDH或其下游信号促进卒中恢复提供了新策略。

主要技术方法方面，实验采用雄性小鼠（23–26 g）建立远端大脑中动脉闭塞（dMCAO）卒中模型。研究人员通过立体定位注射携带GfaABC1D启动子的AAV-Cre至Phgdhfl/fl小鼠皮层实现星形胶质细胞特异性Phgdh敲除，或注射AAV-GfaABC1D-PHGDH-EGFP实现星形胶质细胞PHGDH过表达；通过静脉注射携带shSlc38a2的AAV-BR1病毒特异性沉默脑内皮细胞SLC38A2；并使用mTORC₁抑制剂雷帕霉素进行干预。主要技术手段包括Western blot、免疫荧光、免疫组织化学、液相色谱-质谱联用（LC-MS）、激光散斑血流成像、活体多光子显微镜、行为学测试等。

研究结果如下：

1. 卒中恢复期PHGDH表达和丝氨酸水平升高
该部分通过Western blot和免疫荧光发现，缺血皮层PHGDH在卒中后7天和14天显著上调，丝氨酸合成途径另两个酶PSAT1和PSPH也同步升高；LC-MS定量显示缺血皮层丝氨酸含量较假手术组升高65%。免疫荧光共定位分析表明，PHGDH主要表达于GFAP阳性星形胶质细胞（约77%），少量