Adv Sci高分|SWELL1通道蛋白在缺血性脑损伤中的双重损伤介导机制- 大数跨境

i米立

2024-08-02

2024年7月26日，约翰霍普金斯大学医学院生理学系邱照铸团队在Advanced Science杂志发表了题为The SWELL1 Channel Promotes Ischemic Brain Damage by Mediating Neuronal Swelling and Glutamate Toxicity的研究文章，揭示了SWELL1通道蛋白在缺血性脑损伤中的双重损伤介导机制。

缺血性中风，也称为缺血性卒中，是由于脑血循环障碍导致脑血管堵塞或严重狭窄，使脑血流灌注下降，进而缺血、缺氧导致脑血管供血区脑组织死亡（脑梗死）的一种疾病。临床上表现为突发局灶性或弥散性的神经功能缺损，头部电子计算机断层扫描（CT）或磁共振成像（MRI）上形成新的局灶性脑梗死病灶，24小时之后往往留有后遗症。缺血性卒中具有高发病率、高患病率、高复发率、高致残率及高死亡率的特点。近年来，在我国有年轻化的趋势。高血压、糖尿病、高脂血症、心脏病、动脉粥样硬化等是导致缺血性卒中发生风险增高的主要危险因素。

中风病理生理过程中的NMDA受体激活和强烈的神经元放电，会导致细胞内Na⁺积聚。研究表明，通过激活SUR1-TRPM4通道和谷氨酸受体或抑制Na⁺/K⁺-ATPase会导致细胞内Na⁺积聚，是细胞毒性神经元水肿的早期驱动因素。随后的Cl⁻内流是最终导致神经元肿胀和死亡的关键步骤。药理学研究表明，体积调节阴离子通道(VRAC)是Cl⁻负荷导致细胞毒性神经元肿胀的潜在候选者。然而，针对VRAC的抑制剂则会牵连许多其他离子通道和转运蛋白的活性。在先前的研究中，该团队将SWELL1（LRRC8A，富含亮氨酸重复序列的8号蛋白家族成员）鉴定为VRAC唯一必需的成孔亚基。

除了神经元之间的激活，在缺血性中风时，谷氨酸大量从星形胶质细胞中释放，从而过度激活神经元中的NMDA受体，加剧兴奋毒性神经元死亡。恰好SWELL1也在星形胶质细胞中表达，以运输谷氨酸。在这一过程中SWELL1通道起到怎样的作用尚不清楚。

该研究通过条件性敲除及药理学抑制手法，阐明SWELL1通道通过同时促进上述两种主要损伤途径，即细胞毒性神经元肿胀和谷氨酸兴奋毒性而导致缺血性中风。使用新型阻断剂和FDA批准的药物双香豆素靶向SWELL1通道，可缓解两种细胞损伤途径并在缺血性中风后提供神经保护。该研究确定了SWELL1通道是缺血性中风后损伤级联的关键参与者，也是多效治疗干预的潜在新型药理学靶点。

1. 短暂性大脑中动脉闭塞 (tMCAO) 后未受累半球、梗塞周围区域和梗塞核心三个区域中，与未损伤侧相比，梗死周围区域的神经元和星形胶质细胞均表现出Swell1表达升高。

2. 通过携带 CaMKIIα-EGFP 的腺相关病毒 (AAV) 对小鼠脑皮质神经元进行稀疏标记，并在急性脑切片中进行活细胞成像。发现去除细胞外 Cl⁻可显著抑制神经元的肿胀，证实 Cl⁻进入确实是神经元肿胀所必需的。与之等效，神经元Swell1的基因缺失同样显著减少了藜芦定诱导的神经元肿胀。表明 SWELL1 通道构成了导致神经元肿胀的重要 Cl⁻负荷途径。

3. 通过对星形胶质细胞特异性Swell1敲除 (GFAP-cKO) 小鼠急性脑切片的两种突触外 NMDAR 依赖性电流的记录，发现与 WT 小鼠相比，GFAP-cKO 小鼠的梗死周围区域的 SIC 事件和强直性 NMDAR 电流均显着减少。结果表明星形胶质细胞中的 SWELL1 通道在谷氨酸兴奋性毒性中起主要作用。