激活 20S 蛋白酶体核心颗粒可预防脑缺血中神经元死亡

《Apoptosis》：Activation of the 20S proteasome core particle prevents cell death induced by oxygen- and glucose deprivation in cultured cortical neurons

为探究脑缺血中蛋白酶体变化及影响，研究人员用体外缺血模型研究，发现激活蛋白酶体可防神经元死亡。

　　

一、研究背景

大脑，作为人体的 “司令部”，掌控着身体的各项机能。但在众多威胁大脑健康的疾病中，脑缺血十分棘手。在发达国家，它是导致死亡和残疾的常见原因之一。脑缺血常引发中风，在中风发生时，大脑局部区域会因缺乏氧气和营养物质，致使神经元大量死亡，这一过程涉及凋亡和坏死。而且，细胞外兴奋性氨基酸的堆积会过度激活突触外 N - 甲基 - D - 天冬氨酸受体（NMDA 受体，NMDAR），引起兴奋性毒性，大量 Ca²⁺涌入神经元，激活 calpains 蛋白酶。

目前，关于泛素 - 蛋白酶体系统（UPS）在脑缺血神经元损伤中的作用存在争议。一方面，有研究表明脑缺血会使蛋白酶体活性下降、结构解体，导致多聚泛素化蛋白积累；另一方面，在多种脑缺血动物模型中，蛋白酶体抑制剂却展现出神经保护作用，这让蛋白酶体在脑缺血中的角色变得扑朔迷离。为了解开这些谜团，研究人员开展了相关研究，成果发表在《Apoptosis》杂志上。

二、研究方法

为深入探究脑缺血中蛋白酶体的变化及其对神经元的影响，来自葡萄牙科英布拉大学等机构的研究人员，采用了多种实验技术：

1. 细胞培养：制备大鼠大脑皮质神经元的原代培养物，包括高密度和低密度培养，用于后续实验。
2. 氧糖剥夺（OGD）实验：模拟体外缺血环境，将培养的神经元暴露于无糖、低氧的条件下，设定不同的处理时间，以研究其对神经元的影响。
3. 免疫细胞化学：利用该技术标记和观察蛋白酶体亚基 Psma2 和 Rpt6 等蛋白在神经元中的分布情况。
4. 蛋白质免疫印迹（Western blotting）：用于检测蛋白质的表达水平和降解情况，分析蛋白酶体亚基以及相关蛋白的变化。
5. 荧光显微镜及定量荧光分析：通过荧光显微镜观察神经元中蛋白的定位和表达变化，并借助 ImageJ 软件进行定量分析。

三、研究结果

1. OGD 对蛋白酶体活性和组装的影响：研究发现，OGD 处理 1.5 小时后，蛋白酶体的糜蛋白酶样活性迅速下降，细胞死亡增加。同时，完全组装的蛋白酶体（26S 和 30S）数量减少，20S 蛋白酶体增多，表明蛋白酶体发生了解体。
2. OGD 对蛋白酶体亚细胞定位的影响：通过免疫细胞化学分析，研究人员发现 OGD 对蛋白酶体的两个关键亚基 Psma2 和 Rpt6 的树突分布有不同影响。Psma2 在 OGD 处理 2 小时后，树突上的斑点面积和强度显著增加；而 Rpt6 在 4 小时后才出现树突斑点面积、强度和数量的减少，且与突触后密度标记 PSD95 共定位的相关指标也发生变化。
3. OGD 诱导 calpain 激活与蛋白酶体功能障碍的关系：实验表明，OGD 处理 1.5 小时会使 calpain 介导的血影蛋白（spectrin）裂解增加，产生 150/145 kDa 的血影蛋白裂解产物（SBDP）。同时，calpain 还会选择性裂解蛋白酶体的 Rpn10 和 Rpt3 亚基，导致其蛋白水平下降，而 Rpn6 蛋白水平不受影响。
4. 蛋白酶体激活对 OGD 诱导细胞死亡的保护作用：研究人员使用两种方法激活蛋白酶体，一是用 USP14 抑制剂 IU1 增强蛋白泛素化和蛋白酶体降解功能；二是使用油酸酰胺衍生物 B12 和 D3 直接激活 20S 蛋白酶体核心颗粒。结果显示，这两种方式都能显著减少 OGD 诱导的神经元死亡，并降低 calpain 活性。

四、研究结论与意义

本研究表明，OGD 诱导的神经元死亡与 calpain 依赖的蛋白酶体亚基裂解以及 20S 催化核心与 19S 调节颗粒的解离有关。蛋白酶体活性受损是神经元死亡的关键介导因素，而激活蛋白酶体则具有神经保护作用。这一发现揭示了蛋白酶体在脑缺血中的重要作用机制，为开发治疗脑缺血相关疾病的新策略提供了理论依据。同时，也提示增强 UPS 的降解能力可能是治疗多种脑部疾病的有效途径，为后续研究指明了方向，有望推动相关药物的研发，改善脑缺血患者的预后。