创伤性脑损伤后皮层丝氨酸 / 苏氨酸激酶活性的时空特征及电生理意义：潜在治疗靶点的新发现

为探究创伤性脑损伤（TBI）后丝氨酸 / 苏氨酸激酶组变化及影响，研究人员开展相关研究，发现其对皮层网络活动有重要影响，为 TBI 治疗提供新思路。

　　创伤性脑损伤（Traumatic Brain Injury，TBI），就像大脑的一场 “风暴”，每年影响着全球数千万人，是导致死亡和残疾的重要原因。尽管科研人员多年来不断探索，但目前仍缺乏有效的治疗方法。TBI 的患者病理异质性大，而且受伤后的各种慢性影响严重降低了患者的生活质量。

TBI 可分为原发性损伤和继发性损伤。原发性损伤是创伤瞬间对大脑造成的直接伤害，比如神经元细胞坏死、血脑屏障被破坏等。而继发性损伤则是由原发性损伤引发的一系列分子、生化和细胞事件，像钙或谷氨酸诱导的兴奋性毒性、氧化应激、炎症等，其中兴奋性 / 抑制性（E/I）神经传递失衡还可能导致创伤后癫痫发生（Post-traumatic Epileptogenesis，PTE）等问题。

在 TBI 发生后，许多关键的分子级联反应都由激酶调控。激酶通过将磷酸基团从三磷酸腺苷（ATP）转移到蛋白质的丝氨酸（Ser）、苏氨酸（Thr）或酪氨酸（Tyr）残基上，改变蛋白质的结构和功能，这种磷酸化作用是翻译后修饰（PTM）中最常见且影响最大的一种。然而，TBI 诱导的激酶活性如何影响离子通道功能、神经递质形成和神经元受体运作，以及 TBI 后激酶组的时间变化特征，此前都未被充分研究。

为了深入了解这些问题，德国美因茨约翰内斯?古滕贝格大学医学中心生理学研究所的研究人员 Celine Gallagher 和 Thomas Mittmann 开展了一项研究，相关成果发表在《Cellular and Molecular Life Sciences》杂志上。

研究人员主要采用了以下关键技术方法：一是使用控制性皮质撞击（Controlled Cortical Impact，CCI）模型，在小鼠右侧感觉运动皮层诱导单侧局灶性脑损伤；二是通过激酶测定技术，分析伤后 4h、24h 和 72h 小鼠同侧和对侧大脑皮质半球的丝氨酸 / 苏氨酸激酶活性变化；三是运用蛋白质免疫印迹（Western Blot）技术，验证激酶活性与激酶表达水平的相关性；四是借助微电极阵列（Microelectrode Array，MEA）记录技术，结合体外药理学干预，探究激酶活性变化对皮层网络兴奋性的影响。

研究结果如下：

1. TBI 诱导及确定感兴趣的时间点：研究人员利用 CCI 模型在麻醉小鼠中诱导单侧 TBI，并基于 TBI 患者的治疗时机、分子级联反应以及实验室先前研究，确定了伤后 4h、24h 和 72h 为感兴趣的时间点，这些时间点的皮层半球匀浆裂解物可用于激酶测定，且上游激酶活性足以在磷酸肽阵列上产生可测量的荧光信号。
2. 半球激酶活性变化：
   • 4h post-TBI：伤后 4h，所有上游丝氨酸 / 苏氨酸激酶（STK）活性均增加。AGC 激酶组、Ca²⁺/ 钙调蛋白依赖性蛋白激酶（CAMK）组和 CMGC 家族等都有显著变化。例如，AGC 激酶组中 PKA 的上游激活剂包括白细胞介素 8（IL-8）等趋化因子和多种神经递质；CAMK 组中多数成员活性增加，反映了此时损伤以钙为中心的特点；CMGC 家族中细胞周期蛋白依赖性激酶（CDKs）活性较高，可能促进神经元凋亡。
   • 24h post-TBI：到 24h，一些激酶家族的活性发生显著转变，从过度活跃变为显著抑制，但两侧半球仍保持同步。AGC 激酶组中 PKC 家族此时作用凸显，且在对侧半球的活性更强。CAMK 组活性成员减少，部分成员活性降低，反映出损伤病理的演变。CMGC 家族中 MAPK 的影响增强，其中促生存的细胞外调节激酶（ERK）1/2 和促凋亡的 c-Jun N 端激酶（JNK）活性变化方向一致，暗示它们在伤后大脑中可能有其他作用。
   • 72h post-TBI：72h 时，同侧和对侧半球的激酶行为出现明显差异。AGC 激酶组在同侧半球仍过度活跃，在对侧则不活跃或活性显著降低。CMGC 激酶组中，同侧半球的 CDK 活性回升，可能与炎症和细胞凋亡有关；对侧半球则出现 MAPK 的过度激活。
   
   
3. ERK 和 PKC 对皮层网络兴奋性的影响：
   • ERK：TBI 后 ERK1/2 的表达和活性发生波动，24h 时表达显著下降。使用 ERK1/2 抑制剂 FR180204 进行 MEA 记录发现，抑制 ERK1/2 会增加皮层的自发活动和诱发场兴奋性突触后电位（fEPSP）的幅度，表明抑制 ERK/MAPK 通路会导致皮层网络的超兴奋性。
   • PKC：PKC 在 24h 时在两侧半球尤其是对侧半球活性显著增加，之后呈现半球特异性的活性变化。激活 PKC 会增加诱发 fEPSP 的幅度，抑制 PKC 则会降低其幅度，说明 PKC 活性对皮层网络兴奋性有重要影响。
   
   
4. 抑制 PKC 活性对 24h post-TBI 对侧皮层半球的作用：研究发现，抑制 PKC 活性可降低 24h post-TBI 对侧皮层半球的超兴奋性，使其自发活动恢复到假手术水平，表明通过调节 PKC 活性可能是改善 TBI 后皮层网络功能的有效途径。
5. 肽水平变化与网络兴奋性的关系：通过分析激酶测定中肽水平的磷酸化变化，发现不同时间点的肽底物磷酸化改变与神经元兴奋性密切相关。例如，4h 时一些与钙相关的肽底物过度磷酸化，反映出此时的钙失衡；24h 时谷氨酸受体（GluR6）等的磷酸化增加，同时 γ- 氨基丁酸（GABA）受体的抑制性传递受抑制，可能是导致对侧半球超兴奋性的原因之一。

研究结论和讨论部分指出，该研究全面揭示了 TBI 后丝氨酸 / 苏氨酸激酶组的动态变化，发现即使两侧半球的激酶组谱有相似性，但细微差异却导致了半球特异性的特征，如同侧半球的促凋亡和炎症反应更强，而对侧半球则以神经保护机制为主。同时，研究还发现一些激酶活性变化的作用难以简单判断是有益还是有害，比如 AMPKα1 的激活，既可能通过调节能量代谢起到保护作用，又可能因磷酸化 iPFK-2 导致神经元退化。此外，研究还存在一定局限性，如未充分研究酪氨酸激酶，且实验采用的是体外和离体方法，未来需要在体内模型中进一步验证。不过，该研究为 TBI 的治疗提供了新的潜在靶点和方向，对理解 TBI 的病理机制和开发新的治疗策略具有重要意义。