海南醫科大學李其富/王燕/復旦大學李智平揭示開啟抗癲癇+神經保護雙效治療新策略

癲癇不僅是“大腦放電異?！?，發作過程中還會引發強烈的氧化應激和神經炎癥，導致神經元損傷甚至死亡?？茖W家一直在尋找大腦自身的“保護機制”，有沒有什么分子能在癲癇發生時挺身而出，減輕傷害？

基于此，海南醫科大學第一附屬醫院神經內科李其富、海南醫科大學藥學院王燕和國家兒童醫學中心·復旦大學附屬兒科醫院臨床藥學部/復旦大學附屬兒科醫院昆山分院李智平研究團隊在《Redox Biology》雜志發表了“ABCG2 shields against epilepsy, relieves oxidative stress and apoptosis via inhibiting the ISGylation of STAT1 and mTOR”揭示了ABCG2通過抑制STAT1和mTOR的ISG15化修飾抵御癲癇、緩解氧化應激和細胞凋亡。

本研究發現，在癲癇模型中，ABCG2表達迅速升高，并發揮神經保護作用：體外過表達ABCG2可顯著減輕谷氨酸、紅藻氨酸（KA）和LPS誘導的神經元與小膠質細胞氧化應激及凋亡，而抑制ABCG2則消除該保護效應。體內實驗顯示，ABCG2基因敲除小鼠（ABCG2?/?）在戊四氮（PTZ）誘導下生存時間更短、存活率更低。ABCG2缺失導致STAT1蛋白積累、mTOR磷酸化減少及ISG15化修飾增強；而ABCG2過表達可直接結合STAT1和mTOR，抑制其ISG15化。結果表明，ABCG2在癲癇早期快速上調具有保護作用，有望成為抗癲癇治療的新靶點。

圖一 ABCG2在多種癲癇模型海馬中瞬時上調

研究發現，無論是用高劑量戊四氮（60 mg/kg）誘導急性癲癇，還是用亞驚厥劑量（35 mg/kg）或紅藻氨酸建立慢性癲癇模型，ABCG2蛋白在小鼠和大鼠海馬中均顯著升高，但mRNA僅在急性期或慢性早期短暫增加，提示其表達具有“快速響應、持續保護”的特點。這種變化僅出現在海馬，皮層無明顯改變。慢性給予紅藻氨酸的小鼠在第7天和第30天的曠場試驗（）中顯示中央區域活動周期減少。

進一步通過細胞標記染色發現，ABCG2主要在神經元中表達，小膠質細胞中有少量表達，而星形膠質細胞幾乎不表達。

這些結果表明：干擾GABA或谷氨酸系統可觸發海馬神經元快速上調ABCG2蛋白，可能是大腦應對癲癇損傷的一種自我保護機制。

圖二 ABCG2在癲癇相關刺激下于神經元和小膠質細胞中上調

作者在體外用谷氨酸、紅藻氨酸和脂多糖模擬癲癇相關損傷，發現這些刺激物可在神經元（HT22）和小膠質細胞（BV2）中瞬時誘導ABCG2表達：

谷氨酸（5 mM）或紅藻氨酸（150 μM）處理后，ABCG2蛋白在12–24小時內明顯升高，隨后逐漸回落；

長時間刺激（如96小時谷氨酸）則主要提升ABCG2的mRNA水平；

在BV2小膠質細胞中，脂多糖和紅藻氨酸同樣引起ABCG2 mRNA和蛋白同步增加。

結果表明，多種癲癇相關因子可在體外快速激活ABCG2表達，提示其是神經細胞應對損傷的早期保護反應。

圖三 CRISPR-CAS9敲除ABCG2縮短了急性戊四氮誘導小鼠的生存時間并降低存活率

作者構建了基于CRISPR的基因敲除小鼠，以進一步驗證ABCG2在癲癇中的作用。

與野生型小鼠相比，ABCG2?/?小鼠中ABCG2 mRNA表達顯著降低。與野生型小鼠相比，ABCG2?/?小鼠在4至9周齡期間體重正常，僅在6周齡時例外。與野生型小鼠相比，ABCG2?/?小鼠在第6周曠場試驗中中央區域活動距離顯著減少，第8周糞便計數增加，但其他周未見差異，提示ABCG2缺失對認知功能的影響有限。

然而，當ABCG2?/?小鼠腹腔注射90 mg/kg戊四氮后，潛伏期和2-5級癲癇發作次數未見明顯改變，但與野生型小鼠相比生存時間顯著縮短、存活率降低，表明ABCG2缺失并未導致癲癇易感性增加，但加重了癲癇相關的死亡。

圖四 ABCG2、STAT1和mTOR之間的直接相互作用

作者推測ABCG2、mTOR和STAT1之間存在直接相互作用，因為mTOR和STAT1是獨立調控的。因此在經谷氨酸處理或未處理的HT22細胞中進行了免疫共沉淀實驗，結果表明ABCG2與STAT1和mTOR結合，而谷氨酸誘導的HT22細胞顯示出增強的相互作用。

此外，通過免疫熒光染色，在谷氨酸處理的HT22細胞的細胞質和細胞核中，mTOR或STAT1與ABCG2顯示出明顯的共定位，提示ABCG2的瞬時過表達與mTOR和STAT1發生接觸。

總結

本研究發現，ABCG2在癲癇早期瞬時上調，通過與STAT1和mTOR形成復合物，抑制二者的ISG15化修飾，從而促進mTOR磷酸化、減少STAT1積累，有效緩解神經元和小膠質細胞的氧化應激與凋亡。ABCG2缺失則導致該復合物解離，加劇mTOR失活與STAT1介導的損傷。本研究揭示ABCG2通過抑制STAT1/mTOR的ISG15化修飾發揮神經保護作用，為癲癇治療提供了新靶點和新機制。

文章來源：

https://doi.org/10.1016/j.redox.2024.103262

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