2-脱氧葡萄糖通过调控染色质可及性改变人类星形胶质细胞的代谢与转录表型：揭示神经炎症治疗新靶点

本研究针对神经炎症相关疾病中星形胶质细胞代谢重编程的关键问题，通过2-脱氧葡萄糖(2-DG)模拟热量限制(CR)状态，结合多组学分析揭示：IL-1β刺激可显著改变人类星形胶质细胞的代谢表型（OCR/ECAR）并激活促炎基因表达，而抑制糖酵解能通过改变染色质可及性（ATAC-seq验证）降低TNF/IL-6等炎症因子水平。该发现为阿尔茨海默病等神经退行性疾病的代谢干预策略提供了新依据。

　　

神经系统疾病影响着全球超过30亿人，其中神经炎症和代谢功能障碍是急慢性神经系统疾病的共同病理特征。作为中枢神经系统最丰富的胶质细胞，星形胶质细胞在脑稳态和疾病中扮演着双重角色——既能通过提供代谢支持保护神经元，又可能因过度激活导致神经毒性。近年来，热量限制(CR)和生酮饮食(KD)因其潜在的抗炎效应备受关注，但其作用机制尚不明确。尤其令人困惑的是：代谢底物如何通过表观遗传调控影响星形胶质细胞的炎症反应？这一问题的解答将为神经退行性疾病的治疗提供新思路。

美国加州大学圣地亚哥分校的Matthew Spencer等研究人员在《Scientific Reports》发表的研究中，采用糖酵解抑制剂2-脱氧葡萄糖(2-DG)模拟热量限制状态，通过Seahorse细胞能量代谢分析、RNA测序和染色质可及性测序(ATAC-seq)等多组学技术，系统研究了代谢干预对人类星形胶质细胞功能和表观遗传调控的影响。研究使用的星形胶质细胞来源于12-16周胎儿脑组织分化的细胞系。

关键技术方法包括：1）使用不同浓度2-DG处理IL-1β刺激的星形胶质细胞，通过Seahorse平台检测氧消耗率(OCR)和细胞外酸化率(ECAR)；2）RNA-seq分析基因表达变化；3）ATAC-seq检测染色质可及性改变；4）RT-qPCR验证葡萄糖剥夺和β-羟基丁酸(BHB)对炎症基因表达的影响。

【2-DG decreases IL-1β stimulated oxygen consumption rate(OCR) and extracellular acidification(ECAR)】
研究发现IL-1β刺激使星形胶质细胞的OCR（氧化磷酸化指标）和ECAR（糖酵解指标）分别非显著增加21%和36%。而20-50 mM 2-DG能显著抑制这种代谢激活，其中50 mM 2-DG使OCR降低22%，20 mM 2-DG对ECAR的抑制效果最显著。这表明2-DG通过抑制糖酵解通路削弱了炎症诱导的代谢重编程。

【2-DG attenuates the expression of IL-1β induced inflammatory genes and alters metabolic gene expression compared to vehicle】
RNA-seq分析揭示IL-1β处理导致2,495个基因差异表达（1,539个上调，956个下调），主要富集于细胞因子和干扰素信号通路。2-DG处理显著抑制了TNF、IL-6、CXCL10等促炎因子的表达，同时上调了HSPA5/GRP78（内质网应激蛋白）、SHMT2（一碳代谢酶）等代谢相关基因。特别值得注意的是，伪激酶TRIB3的表达增加可能通过抑制NF-κB通路发挥抗炎作用。

【ATAC seq indicates that 2-DG alters open chromatin and transcription factor binding sites】
ATAC-seq结果显示IL-1β处理导致约17,000个染色质区域可及性改变，在IL-6和C3基因位点尤为明显。这些区域富含AP-1和NF-κB转录因子结合基序。虽然2-DG仅引起490个染色质区域的显著变化，但能部分逆转IL-1β诱导的表观遗传重塑，特别是在炎症基因调控区域。

【IL-1β induced increases in TNFα, IL-6 and C3 mRNA expression are higher in the presence of glucose than without glucose】
通过比较不同代谢底物的影响，研究发现葡萄糖存在时IL-1β诱导的TNFα、IL-6和C3表达水平显著高于无葡萄糖组（p<0.05）。而2-DG处理能以剂量依赖方式降低这些炎症因子的表达，在50 mM时效果最显著（p<0.0001）。

【IL-1β induced increases in TNFα, IL-6 and C3 mRNA expression are higher in the presence of glucose compared to β-hydroxybutyrate】
当用酮体BHB替代葡萄糖时，炎症因子表达水平显著降低（TNFα p<0.01），且与2-DG联用具有协同效应。这表明酮体代谢可能通过不同于糖酵解的途径发挥抗炎作用。

这项研究首次系统揭示了2-DG通过调控染色质可及性改变人类星形胶质细胞代谢和转录表型的分子机制。其重要意义在于：1）证实糖酵解是调控神经炎症的关键代谢开关；2）发现HSPA5、TRIB3等新型代谢-炎症调控节点；3）为CR/KD饮食的神经保护作用提供表观遗传学解释；4）提出靶向星形胶质细胞代谢可同时干预阿尔茨海默病等疾病的炎症和能量代谢异常。尽管存在未检测蛋白水平变化、未研究神经元互作等局限，但该研究为开发基于代谢干预的神经疾病治疗策略奠定了重要理论基础。