2025年11月28日，韓國(guó)忠南大學(xué)Woosuk Chung，JunYoungHeo及Hyon-SeungYi團(tuán)隊(duì)在《Advanced Science》雜志發(fā)表：ATF5-Dependent GDF15 Expression Mediates Anesthesia-Induced Neuroprotection Against Stroke，揭示了ATF5依賴的GDF15表達(dá)介導(dǎo)麻醉誘導(dǎo)的抗卒中神經(jīng)保護(hù)作用。

圍手術(shù)期卒中是一種罕見但嚴(yán)重的并發(fā)癥，在老齡化人群中發(fā)病率不斷上升。盡管臨床前研究一致表明，七氟烷等麻醉藥可誘導(dǎo)針對(duì)缺血性損傷的神經(jīng)保護(hù)性預(yù)處理，但臨床研究結(jié)果仍不明確。本研究發(fā)現(xiàn)，七氟烷誘導(dǎo)的神經(jīng)保護(hù)作用與線粒體未折疊蛋白反應(yīng)（UPRmt）及線粒體生物能量代謝相關(guān)基因的上調(diào)密切相關(guān)。研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)了激活轉(zhuǎn)錄因子5（ATF5）在介導(dǎo)這些保護(hù)效應(yīng)中的關(guān)鍵作用。七氟烷預(yù)處理顯著提高了大腦皮層中ATF5及其下游靶點(diǎn)GDF15（一種線粒體穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子）的表達(dá)。然而，這種保護(hù)機(jī)制在老年大腦中并未被激活，提示衰老損害了機(jī)體啟動(dòng)線粒體應(yīng)激反應(yīng)的能力。這些結(jié)果表明，有必要制定針對(duì)不同年齡人群的策略以降低圍手術(shù)期卒中風(fēng)險(xiǎn)，包括在老年患者中采用靶向線粒體功能的干預(yù)措施。

圖一 七氟烷誘導(dǎo)預(yù)處理可改善腦缺血后預(yù)后，上調(diào)ATF5表達(dá)并增強(qiáng)線粒體功能

既往研究表明，較高濃度的七氟烷（2.5%）才能誘導(dǎo)腦保護(hù)作用。作者據(jù)此讓小鼠暴露于2.5%七氟烷0.5–3小時(shí)，24小時(shí)后行大腦中動(dòng)脈閉塞（MCAO）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，僅暴露≥2小時(shí)可顯著減小梗死體積、改善神經(jīng)功能且不引起呼吸抑制，因此后續(xù)實(shí)驗(yàn)統(tǒng)一采用2小時(shí)方案。

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結(jié)果：

進(jìn)一步研究顯示，七氟烷暴露后，UPR??關(guān)鍵因子 LONP1 和 ATF5 表達(dá)升高，提示該通路可能參與預(yù)處理。然而，在正常皮層線粒體中未觀察到呼吸功能增強(qiáng)，暗示其作用可能是維持而非提升線粒體功能。在MCAO后的缺血半暗帶（用NeuN標(biāo)記神經(jīng)元），七氟烷處理組的線粒體外膜標(biāo)志物 TOMM40 信號(hào)明顯強(qiáng)于對(duì)照組，表明線粒體結(jié)構(gòu)得以保留?；虮磉_(dá)譜分析進(jìn)一步顯示：在半暗帶中，七氟烷使23個(gè)線粒體相關(guān)基因上調(diào)（正常皮層僅3個(gè)），說(shuō)明其保護(hù)作用具有腦區(qū)特異性，優(yōu)先在易損腦區(qū)維持線粒體功能。綜上，七氟烷預(yù)處理通過(guò)激活A(yù)TF5依賴的UPR??通路，在缺血損傷區(qū)域選擇性保護(hù)線粒體完整性，從而發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。

圖二 七氟烷在Atf5條件性敲除小鼠中誘導(dǎo)線粒體功能障礙

為評(píng)估ATF5在興奮性神經(jīng)元中對(duì)七氟烷預(yù)處理的重要性，作者通過(guò)將Emx1-IRES-Cre敲入小鼠與Atf5fl/fl小鼠雜交，構(gòu)建了Atf5條件性敲除小鼠。研究發(fā)現(xiàn)，盡管在興奮性神經(jīng)元中條件性敲除 Atf5 僅使ATF5蛋白水平下降約30%（因其他細(xì)胞類型仍表達(dá)ATF5），但七氟烷預(yù)處理在這些小鼠中完全失去了神經(jīng)保護(hù)作用：梗死體積未縮小，神經(jīng)功能也未改善。

進(jìn)一步分析顯示：野生型小鼠經(jīng)七氟烷暴露后，多種UPR??相關(guān)基因和蛋白顯著上調(diào)；而 Atf5 敲除小鼠則無(wú)此反應(yīng)；更關(guān)鍵的是，僅在敲除小鼠中七氟烷暴露24小時(shí)后線粒體呼吸功能明顯下降。這表明：興奮性神經(jīng)元中ATF5的適度上調(diào)對(duì)啟動(dòng)UPR??、維持線粒體功能及介導(dǎo)七氟烷的腦保護(hù)作用至關(guān)重要。即使整體組織中ATF5變化不顯著，神經(jīng)元特異性的缺失已足以阻斷預(yù)處理效應(yīng)。

圖三 ATF5介導(dǎo)七氟烷預(yù)處理中的神經(jīng)保護(hù)作用

作者的結(jié)果表明，ATF5調(diào)控GDF15的表達(dá)。盡管此前尚未建立ATF5與GDF15之間的直接聯(lián)系，但已有研究表明，GDF15的表達(dá)受ATF4調(diào)控，而ATF4是另一種主要的線粒體未折疊蛋白反應(yīng)相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子。考慮到ATF5的表達(dá)本身也受ATF4調(diào)控，因此GDF15的表達(dá)可能也通過(guò)ATF5進(jìn)行調(diào)控。為驗(yàn)證這一點(diǎn)，構(gòu)建了一種在興奮性神經(jīng)元中特異性表達(dá)ATF5的病毒。

結(jié)果：

與最初的結(jié)果一致，ATF5過(guò)表達(dá)與多個(gè)線粒體能量代謝相關(guān)基因的上調(diào)相關(guān)，其中包括Gdf15。此外，在表達(dá)該病毒載體的大腦皮層區(qū)域分離的線粒體中，呼吸功能也有所增強(qiáng)。這些結(jié)果提供了直接證據(jù)，表明在興奮性神經(jīng)元中，對(duì)線粒體功能具有重要調(diào)控作用的GDF15是由ATF5調(diào)控表達(dá)的。

圖四 在興奮性神經(jīng)元中過(guò)表達(dá)ATF5可提供針對(duì)缺血性損傷的神經(jīng)保護(hù)作用

為進(jìn)一步探究?jī)H過(guò)表達(dá)ATF5是否足以誘導(dǎo)對(duì)缺血應(yīng)激的神經(jīng)保護(hù)作用，作者在全身給予pAAV-hSyn-DIO-EGFP或pAAV-hSyn-DIO-ATF5四周后，對(duì)Emx1cre/+小鼠實(shí)施MCAO手術(shù)。

在興奮性神經(jīng)元中過(guò)表達(dá)ATF5可顯著減輕MCAO后的腦損傷并改善神經(jīng)功能，效果與七氟烷預(yù)處理相當(dāng)。ATF5的表達(dá)通過(guò)hSyn啟動(dòng)子高效實(shí)現(xiàn)，并伴隨GDF15 mRNA上調(diào)（但血清GDF15未變），提示GDF15可能是ATF5介導(dǎo)神經(jīng)保護(hù)的下游效應(yīng)分子。

結(jié)果表明，內(nèi)源性神經(jīng)元來(lái)源的GDF15對(duì)于建立針對(duì)缺血/再灌注損傷的神經(jīng)保護(hù)至關(guān)重要。尤為重要的是，還發(fā)現(xiàn)七氟烷在老年大腦中無(wú)法激活A(yù)TF5–GDF15信號(hào)通路導(dǎo)致其在線粒體功能方面的保護(hù)作用減弱?？紤]到患者人群正持續(xù)老齡化，針對(duì)老年大腦增強(qiáng)線粒體功能的治療策略可能為預(yù)防圍手術(shù)期卒中提供額外的保護(hù)作用。

文章來(lái)源

https://doi.org/10.1002/advs.202417086

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