文獻解讀：LRP1調控ARF1 K73乳酸化修飾影響星形膠質細胞線粒體外排
腦缺血性中風是一種嚴重的神經(jīng)系統(tǒng)疾病，一旦腦部血液供應中斷則會導致神經(jīng)元損傷和功能障礙。當前，高血壓、肥胖和糖尿病等危險因素不斷增加，再加上人口老齡化，使得缺血性中風對社會的負擔持續(xù)增加。
在此背景下，中樞神經(jīng)系統(tǒng)中星形膠質細胞 - 神經(jīng)元細胞間的線粒體傳遞值得被關注。因為它對于維持神經(jīng)元細胞的有氧呼吸和能量供給具有重要的意義，并且靶向線粒體轉移的干預手段在疾病的預防與治療中展現(xiàn)出了較好的應用潛力。因此，關于星形膠質細胞如何通過調節(jié)線粒體轉移來減輕腦缺血性中風的機制亟待進一步探索與挖掘。
2024年6月14日西南醫(yī)科大學附屬醫(yī)院神經(jīng)外科江涌教授聯(lián)合四川大學華西醫(yī)院李濤教授和中國科學技術大學曹洋教授在國際知名學術期刊《細胞代謝》（Cell Metabolism，IF: 27.7，五年平均IF: 31.2）上發(fā)表了題為Astrocytic LRP1 enables mitochondria transfer to neurons and mitigates brain ischemic stroke by suppressing ARF1 lactylation 的最新研究成果。文章系統(tǒng)解析了低密度脂蛋白相關受體蛋白1（LRP1）對星形膠質細胞線粒體轉運的重要調控作用，首次揭示了LRP1通過調節(jié)細胞代謝影響ARF1乳酸化修飾，進而調控星形膠質細胞-神經(jīng)元細胞間線粒體轉移的作用機制。
進一步探究LRP1調控星形膠質細胞線粒體外排新機制，梳理出既往文獻報道，LRP1參與調控中樞神經(jīng)系統(tǒng)的代謝穩(wěn)態(tài)。為了明確LRP1對星形膠質細胞代謝的影響，研究成員通過代謝組學聯(lián)合13C同位素標記方式證實，LRP1參與調控星形膠質細胞的葡萄糖攝取進而影響乳酸的生成。并進一步證實LRP1調控的乳酸代謝影響星形膠質細胞的線粒體外排過程。團隊通過免疫共沉淀和乳酸化修飾點抗體證實ARF1 Kla73在LRP1缺失后發(fā)生了顯著改變，并進一步通過點突變的干預方式明確ARF1 K73的乳酸化修飾參與調控了星形膠質細胞線粒體外排。接下來團隊又通過動物模型，注射AAV干預LRP1的表達并過表達ARF1乳酸化修飾突變體，驗證出小鼠腦脊液中星形膠質細胞來源的線粒體數(shù)量下降。
接下來，團隊通過建立腦缺血動物模型（大腦中動脈閉塞MCAO，線栓法），驗證LRP1誘導的線粒體轉移是否能保護腦缺血損傷。團隊借助7.0T 磁共振、行為學評估和共聚焦顯微鏡證實了LRP1-ARF1 Kla73軸在調控星形膠質細胞線粒體轉運中的重要作用。最后，團隊通過腦卒中患者臨床樣本進一步驗證了其研究發(fā)現(xiàn)。
綜上，該研究揭示了星形膠質細胞通過 LRP1 - ARF1 軸調節(jié)線粒體轉移來減輕腦缺血性中風的新機制，為腦缺血性中風的治療提供了新的靶點。為未來進一步探索 LRP1 調節(jié) ARF1 乳酰化的具體分子機制，以及如何將這一發(fā)現(xiàn)轉化為臨床治療策略提供了方向。
研究方法亮點
這項工作通過研究星形膠質細胞（Astrocyte）中的相關分子（LRP1），深入探索其在促進線粒體向神經(jīng)元轉移過程中的作用，為理解腦缺血性中風的細胞層面機制提供新視角。對分子機制進行了深入的挖掘，研究關注于 ARF1乳酸化的抑制作用，揭示了一種新的分子調控途徑在腦缺血性中風中的作用。并且通過構建腦缺血性中風的動物模型，在體內環(huán)境下驗證了所提出的機制和相關分子的作用，增強了研究結果的臨床相關性和可靠性。在該研究中，研究人員采用了瑞沃德生產(chǎn)的單細胞懸液制備儀、激光散斑血流成像系統(tǒng)、MCAO線栓緩釋泵與顱內滯留針，為實驗的順利開展提供了支持。此外，瑞沃德還可提供的該研究所涉及的原代細胞提取、動物手術造模、動物給采樣以及動物活體成像等實驗技術的完整解決方案。截止目前，瑞沃德產(chǎn)品及服務覆蓋海內外 100 多個國家和地區(qū)，客戶涵蓋全球2500+醫(yī)院，1000+科研院所，6000+高等院校，已助力全球科研人員發(fā)表SCI文章14500+，獲得行業(yè)廣泛認可。
在此背景下，中樞神經(jīng)系統(tǒng)中星形膠質細胞 - 神經(jīng)元細胞間的線粒體傳遞值得被關注。因為它對于維持神經(jīng)元細胞的有氧呼吸和能量供給具有重要的意義，并且靶向線粒體轉移的干預手段在疾病的預防與治療中展現(xiàn)出了較好的應用潛力。因此，關于星形膠質細胞如何通過調節(jié)線粒體轉移來減輕腦缺血性中風的機制亟待進一步探索與挖掘。
2024年6月14日西南醫(yī)科大學附屬醫(yī)院神經(jīng)外科江涌教授聯(lián)合四川大學華西醫(yī)院李濤教授和中國科學技術大學曹洋教授在國際知名學術期刊《細胞代謝》（Cell Metabolism，IF: 27.7，五年平均IF: 31.2）上發(fā)表了題為Astrocytic LRP1 enables mitochondria transfer to neurons and mitigates brain ischemic stroke by suppressing ARF1 lactylation 的最新研究成果。文章系統(tǒng)解析了低密度脂蛋白相關受體蛋白1（LRP1）對星形膠質細胞線粒體轉運的重要調控作用，首次揭示了LRP1通過調節(jié)細胞代謝影響ARF1乳酸化修飾，進而調控星形膠質細胞-神經(jīng)元細胞間線粒體轉移的作用機制。
既往文獻報道LRP1參與神經(jīng)系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)調控，在臨床前研究有一定的結果。為了探究LRP1對星形膠質細胞線粒體轉運的重要調控作用，江涌教授團隊借助慢病毒轉染構建了LRP1敲減的星形膠質細胞原代細胞和細胞系，通過離心收集細胞培養(yǎng)基中的線粒體，證實LRP1缺失后培養(yǎng)基中的線粒體數(shù)量明顯減少，但其功能并未受到顯著影響。進一步的氧-糖剝奪（OGD）實驗證實，LRP1介導的線粒體外排在星形膠質細胞保護神經(jīng)元免受損傷過程中發(fā)揮重要作用。團隊進一步發(fā)現(xiàn)LRP1的缺失并不影響既往已報道的機制通路，說明LRP1調控星形膠質細胞線粒體外排的過程可能存在新的機制。
圖1：敲低星形膠質細胞LRP1基因抑制其線粒體轉移
進一步探究LRP1調控星形膠質細胞線粒體外排新機制，梳理出既往文獻報道，LRP1參與調控中樞神經(jīng)系統(tǒng)的代謝穩(wěn)態(tài)。為了明確LRP1對星形膠質細胞代謝的影響，研究成員通過代謝組學聯(lián)合13C同位素標記方式證實，LRP1參與調控星形膠質細胞的葡萄糖攝取進而影響乳酸的生成。并進一步證實LRP1調控的乳酸代謝影響星形膠質細胞的線粒體外排過程。團隊通過免疫共沉淀和乳酸化修飾點抗體證實ARF1 Kla73在LRP1缺失后發(fā)生了顯著改變，并進一步通過點突變的干預方式明確ARF1 K73的乳酸化修飾參與調控了星形膠質細胞線粒體外排。接下來團隊又通過動物模型，注射AAV干預LRP1的表達并過表達ARF1乳酸化修飾突變體，驗證出小鼠腦脊液中星形膠質細胞來源的線粒體數(shù)量下降。
圖2：ARF1-Kla 73點突變驗證乳酸化修飾參與調控
接下來，團隊通過建立腦缺血動物模型（大腦中動脈閉塞MCAO，線栓法），驗證LRP1誘導的線粒體轉移是否能保護腦缺血損傷。團隊借助7.0T 磁共振、行為學評估和共聚焦顯微鏡證實了LRP1-ARF1 Kla73軸在調控星形膠質細胞線粒體轉運中的重要作用。最后，團隊通過腦卒中患者臨床樣本進一步驗證了其研究發(fā)現(xiàn)。
圖3：大腦中動脈閉塞（MCAO）造模及持續(xù)給藥
（作者用到瑞沃德MCAO線栓、激光散斑血流成像系統(tǒng)及緩釋泵，分別用來構建MCAO模型、監(jiān)測腦血流變化與持續(xù)給藥）綜上，該研究揭示了星形膠質細胞通過 LRP1 - ARF1 軸調節(jié)線粒體轉移來減輕腦缺血性中風的新機制，為腦缺血性中風的治療提供了新的靶點。為未來進一步探索 LRP1 調節(jié) ARF1 乳酰化的具體分子機制，以及如何將這一發(fā)現(xiàn)轉化為臨床治療策略提供了方向。
研究方法亮點
這項工作通過研究星形膠質細胞（Astrocyte）中的相關分子（LRP1），深入探索其在促進線粒體向神經(jīng)元轉移過程中的作用，為理解腦缺血性中風的細胞層面機制提供新視角。對分子機制進行了深入的挖掘，研究關注于 ARF1乳酸化的抑制作用，揭示了一種新的分子調控途徑在腦缺血性中風中的作用。并且通過構建腦缺血性中風的動物模型，在體內環(huán)境下驗證了所提出的機制和相關分子的作用，增強了研究結果的臨床相關性和可靠性。在該研究中，研究人員采用了瑞沃德生產(chǎn)的單細胞懸液制備儀、激光散斑血流成像系統(tǒng)、MCAO線栓緩釋泵與顱內滯留針，為實驗的順利開展提供了支持。此外，瑞沃德還可提供的該研究所涉及的原代細胞提取、動物手術造模、動物給采樣以及動物活體成像等實驗技術的完整解決方案。截止目前，瑞沃德產(chǎn)品及服務覆蓋海內外 100 多個國家和地區(qū)，客戶涵蓋全球2500+醫(yī)院，1000+科研院所，6000+高等院校，已助力全球科研人員發(fā)表SCI文章14500+，獲得行業(yè)廣泛認可。
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