NDRG2调控星形胶质细胞与神经元糖代谢在脑卒中的作用

Stroke is the first cause of death in our country recently. Stroke is usually accompanied by the production of large numbers of free radicals, astrocyte activation, release proinflammatory factor inducing inflammatory reaction and neuron death. These pathological changes along with the energy change. As the brain only stored glycogen astrocytes, under physiological conditions is mainly made of glycolysis metabolism, but its after stroke is associated with energy metabolism changes and possible molecular mechanism is still not clear. NDRG2 is specific expressing in astrocytes，and it is a newly discovered tumor suppressor genes in recent years, its in addition to have a role in cell proliferation differentiation and in regulation of energy metabolism, especially the glycolysis also play an important role. This program will take NDRG2 as a starting point, first of all research relevance of NDRG2 and glucose metabolism pathways at a cellular level in astrocytes and neurons, and in-depth study in model animals NDRG2 of astrocytes and neurons molecular mechanism of glucose metabolism regulation function, finally further validation in clinical specimens NDRG2 with stroke incidence, prognosis, and the correlation of glucose metabolism. This topic to expand NDRG2 function study provides a new theoretical basis, also provide a new therapeutic targets for the treatment of stroke.

脑卒中现已成为我国人群第一死亡原因。脑卒中发病通常伴有自由基的大量产生，星形胶质细胞的活化，释放促炎因子诱导炎症反应发生及神经元死亡。这些病理变化伴随着能量的改变。作为大脑内唯一储存糖原的星形胶质细胞，在生理条件下以糖酵解为主要代谢方式，但其在脑卒中后是否伴随能量代谢改变及可能的分子机制仍不明确。特异性表达在星形胶质细胞上的NDRG2是近年来新发现的抑癌基因，其除了在细胞分化增殖方面有作用外，在能量代谢尤其是糖酵解的调控方面也扮演重要角色。本课题将以NDRG2为出发点，首先在细胞水平研究NDRG2与星形胶质细胞与神经元的糖摄取及糖代谢通路的相关性，然后在模式动物中深入研究NDRG2对星形胶质细胞及神经元糖代谢调控作用的分子机制，最后在临床标本中进一步验证NDRG2与脑卒中发病、预后及糖代谢的相关性。本课题将为拓展NDRG2的功能研究提供新的理论依据，也为脑卒中的治疗提供新的治疗靶点。

在脑卒中缺血缺氧早期，星形胶质细胞内谷氨酸浓度低，且谷氨酰胺合成酶数量增加，可增加谷氨酸的摄取，而这一过程会刺激星形胶质细胞的糖原利用，通过糖酵解通路生成乳酸及ATP供能，可为神经元的存活提供能量来源。但持续缺血缺氧后，储备的糖原耗尽，一方面产生的乳酸减少，神经元的能量来源中断，导致神经元的凋亡；另一方面，ATP减少，发生逆转运，谷氨酸大量释放，造成自由基的产生，发生氧化应激和线粒体代谢异常，最终导致神经元不可逆的损伤。本项目主要研究NDRG2在脑卒中发生早期及晚期对星形胶质细胞乳酸产生及对神经元保护作用的分子机制。我们分别在细胞模型及动物模型中证实了NDRG2可通过降低葡萄糖摄取、乳酸生成、NADPH/NADP+和ATP水平，加重OGD/R诱导的葡萄糖代谢丧失。NDRG2的上调可导致OGD/R引起的糖酵解关键酶(己糖激酶HK2，丙酮酸激酶PKM2和乳酸脱氢酶LDHA)水平的降低。并明确了NDRG2过表达可通过降低Wnt3a和β-catenin表达，抑制了OGD/R诱导的Wnt/β-catenin信号激活能力。由此，我们明确了在脑卒中发生早期及晚期，NDRG2可通过抑制Wnt/β-catenin信号通路，导致OGD/ R引起的糖酵解关键酶水平的降低，从而抑制葡萄糖的摄取及乳酸的生成。我们在单细胞水平对急性缺血性卒中下小鼠大脑皮层缺血半暗带区包括星形胶质细胞在内的各细胞亚群的变化进行深入研究。我们发现，从细胞数量上，缺血卒中诱导后小胶质细胞占比最大，小胶质细胞在缺血卒中后24小时已经开始极化，并向两种不同的进展轨迹方向分化M1及M2。在缺血性脑卒中急性期，4、9、10亚群很可能是M1型小胶质细胞，主要富含缺氧途径、Tnfα、IL6、IL2富含炎症相关基因和途径。而6,8亚群则表现出与之不同的反应变化，这些亚群中没有明显的M2型标志基因过度表达。上述数据表明M2型小胶质细胞可能比M1型小胶质细胞分化更慢。缺血卒中组中Mmp9和Mmp8在巨噬细胞中过量表达，这说明血脑屏障的破坏可能也是由外周招募的巨噬细胞完成的，而不仅仅是由缺血半暗带区的小胶质细胞完成的。