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. 2024 Apr 20;44(4):636–643. [Article in Chinese] doi: 10.12122/j.issn.1673-4254.2024.04.03

脊髓康通过激活星形胶质细胞的YAP/PKM2信号轴促进脊髓损伤大鼠神经功能的恢复

Jisuikang formula promotes spinal cord injury repair in rats by activating the YAP/PKM2 signaling axis in astrocytes

Hao MAN 1,2, Jianwei WANG 2, Mao WU 2, Yang SHAO 2, Junfeng YANG 2, Shaoshuo LI 2, Jinye LÜ 1,2, Yue ZHOU 2,*
PMCID: PMC11073952  PMID: 38708495

Abstract

目的

研究中药脊髓康含药血清联合SRY转录盒因子2(SOX2)诱导星形胶质细胞重编程为神经元的作用机制。

方法

将30只成年SD大鼠随机分为假手术组(Sham组)、模型组(SCI组)和治疗组,10只/组。SCI组和治疗组均采用改良Allen法构建脊髓损伤大鼠模型,于术后分别给予生理盐水、脊髓康等量灌胃。在术前1 d、术后3、7、14 d进行Basso-Beattie-Bresnahan(BBB)评分和斜板实验。相同方法构建脊髓损伤大鼠模型,提取损伤部位组织进行单细胞RNA测序,再使用生物信息学对“脊髓康”、“脊髓损伤”、“糖酵解”关联基因进行靶点分析。成年SD大鼠以生药量15 g·kg-1·d-1脊髓康灌胃,连续3 d后腹主动脉采血制备脊髓康含药血清。体外培养大鼠幼仔皮层脑组织三代星形胶质细胞,分为SOX2组、SOX2+JSK组。SOX2组加入10 mmol/L SOX2;SOX2+JSK组加入10 mmol/L SOX2、2.5%脊髓康含药血清。培养21 d后,Western blot检测细胞中丙酮酸激酶M2型(PKM2)、磷酸化丙酮酸激酶M2型(p-PKM2)、Yes-相关蛋白(YAP)表达,使用免疫荧光多标染色观测PKM2与YAP共定位情况。

结果

治疗组大鼠的BBB评分与斜板实验角度明显提升,且各时段均优于SCI组(P < 0.05)。SCI部位PKM2基因在各类细胞中均有高活性表达;生物信息学分析靶点指向HIPPO-YAP信号通路;与SOX2组比较,整个细胞中SOX2+JSK组PKM2表达增高(P < 0.05)、p-PKM2、YAP表达亦升高(P < 0.001),且更多PKM2磷酸化入核。SOX2+JSK组PKM2与YAP共定位情况高于SOX2组。

结论

中药脊髓康含药血清联合SOX2可能通过提高糖酵解中PKM2与YAP共定位,从而将星形胶质细胞重编程诱导为神经元细胞,促进神经损伤修复。

Keywords: 脊髓损伤, 星形胶质细胞, 有氧糖酵解, 脊髓康, PKM2, YAP


脊髓损伤(SCI)作为一类损害中枢神经系统的疾病,可导致患者运动与感觉功能障碍,脊髓损伤后一方面受损轴突神经元本身缺乏再生的能力,另一方面致密的神经胶质瘢痕会阻碍轴突再生[1]。星形胶质细胞(AST)在脊髓组织中广泛存在,并与神经元具有相同的前体细胞[2]。近年来诱导星形胶质细胞重编程为神经元的研究是脊髓损伤修复领域的热点,虽尚存争议,但充满潜力。有研究证明,糖酵解不仅可以为受损部位细胞供能,而且是重编程的关键环节,但其具体作用机制尚未明确[3, 4]

中医理论认为,脊髓损伤后瘀阻督脉,枢机不利是其主要病机,督脉瘀血导致肝肾亏虚、气血失司,全身脏腑、经络和气血功能失调。无锡市中医医院传统经验方脊髓康(JSK)具有祛瘀通督、补益肝肾、调和气血之效,前期临床验证能显著改善患者运动障碍,具有消炎镇痛、促进患者运动功能恢复的作用。进一步的实验研究证明,脊髓康对改善脊髓损伤后的神经恢复微环境具有潜在作用,其可通过调节神经营养因子、抗氧化物质或神经炎症因子等途径促进神经组织的修复和再生,且能通过促进神经元再生、调节突触可塑性或参与细胞信号传导,助力脊髓损伤部位的修复以及神经功能重建[5-7]。最新研究发现,脊髓康含药血清能提高星形胶质细胞糖酵解水平,联合SOX2能促使星形胶质细胞直接重编程诱导为神经元,经药物干预后使大鼠脊髓损伤组织产生大量有两极且长轴突的神经元样细胞[8],但其内在调控机制尚待进一步研究。本实验通过对重编程过程中糖酵解相关基因进行分析,探究促使星形胶质细胞重编程的相关机制,为脊髓康治疗脊髓损伤的临床疗效提供依据。

1. 材料和方法

1.1. 实验动物

本实验使用清洁级雄性SD大鼠1~4 d龄10只、4~6周龄40只,提供自江苏省血吸虫病防治研究所,实验动物使用许可证号:SYXK(苏)2017-0050。饲养环境:所有动物均在温度25±2 ℃,空气湿度适宜,正常昼夜交替下饲养。保证自由饮水进食,待适应环境1周后开始实验。本实验方案由无锡市中医医院医学伦理委员会批准(伦理批号:SZYYKJFZJH2020111810)。

1.2. 中药制备

中药复方脊髓康:黄芪30 g,丹参20 g,当归尾12 g,赤芍12 g,川芎10 g,淫羊藿10 g,肉苁蓉10 g,益智仁10 g,枳实10 g,厚朴10 g,泽泻10 g,茯苓10 g,车前子15 g(包煎),水蛭10 g,土鳖虫10 g,蜈蚣1条。称取足量以上处方药材,由无锡市中医医院药剂科常规煎煮,滤液浓缩至1. 25 g/mL,4 ℃保存备用。

1.3. 主要试剂与仪器

DMEM高糖培养基、Neurobasal培养基、胰酶、DNA酶I、N2补充剂、B27补充剂(Gibco);大鼠胶质细胞生长因子(EGF)(江苏凯基生物技术股份有限公司);胎牛血清(FBS,YOSHi);蛋白定量试剂盒、多聚D-赖氨酸(Absin);磷酸盐缓冲液(PBS,Solarbio);RIPA细胞裂解缓冲液(上海碧云天生物技术有限公司);蛋白酶抑制剂(MCE);TBST缓冲液(Yeasen);免疫染色封闭液(北京凯诗源生物科技有限公司);封闭液(5%脱脂奶粉,AMEKO);特异性抗体:PKM2、p-PKM2、YAP、β-actin(Affinity);二抗:山羊抗兔IgG(D111018,生工生物工程股份有限公司);HRP标记的山羊抗兔IgG(Affinity);4%paraformaldehyde(PFA,甲醛,生工生物工程股份有限公司);Triton X-100(裂解液)(北京伊塔生物科技有限公司);细胞核染色剂(DAPI,XYBio)。常规离心机(Centrifuge5702RH,Eppen⁃dorf)、免疫印迹仪(Power-Pac Basic,Bio-Rad)、恒温培养箱(MC0-170AICL,PHCbi)、荧光显微镜(CKX53,Olympus)、光学显微镜(BX60,Olympus)。

1.4. 造模、分组及干预方法

1.4.1. 大鼠分组及模型建立

将30只4~6周龄大鼠随机分为假手术组(Sham组)、模型组(SCI组)和治疗组,10只/组。SCI组和治疗组均采用改良Allen法构建脊髓损伤大鼠模型,将大鼠用1%戊巴比妥钠经腹腔注射麻醉后固定于无菌环境下的实验平台,下背部皮肤准备后,以T8-9棘突为中心,从背部中部逐层切开,将T7-10棘突及椎板充分显露,将T8-9部分棘突及椎板去除,显露硬膜下,使用10 g物体从2.5 cm高处自由落下,击中硬膜下和脊髓组织,撞击瞬间大鼠下肢扑动、鼠尾迅速来回摆动表明造模成功。Sham组不进行硬脊膜打击,只进行椎板切除。术后每日早晚8点对Sham组和SCI组给予50 g·kg-1 ·d-1生理盐水灌胃,治疗组则予等量脊髓康溶液灌胃。

1.4.2. 制备脊髓康含药血清

取4~6周龄SD大鼠10只,以1.25 g/mL生药脊髓康溶液15 g·kg-1·d-1灌胃,每日8点、20点各1次,连续3 d。在末次灌胃1 h后,对大鼠进行腹主动脉采血。血液置于离心管中,4 ℃下静置1 h,然后使用离心机以离心半径8 cm、4000 r/min离心6 min,采集上清液转移至新的离心管中水浴加热(56 ℃,30 min)灭活补体。然后使用0.22 μm的滤膜进行过滤除菌,分装并放置于-20 ℃保存备用。

1.4.3. 提取、培养星型胶质细胞

取新生1~4 d龄SD大鼠,断头取出脑组织后,用PBS清洗以去除血管和脂肪。用0.25%胰酶和DNA酶I对脑组织进行消化处理30 min,使细胞分散,然后加入培养基(含10% FBS)停止消化,室温下以1200 r/min的速度离心5 min,离心半径为8 cm,弃去上清液,收集细胞沉淀。将收集的细胞沉淀悬浮于DMEM高糖培养基中,吹打混匀,使用200目筛网进行过滤处理,加入N2、B27补充剂和EGF。将混合溶液转移至培养皿中,放置于37 ℃恒温、CO2浓度5%的培养箱中进行培养。2~3 d/次更换新鲜的培养基,观察细胞形态和密度,确保细胞的正常生长。当细胞融合至90%时进行传代操作,取第3代星形胶质细胞进行下一步操作。

1.4.4. 细胞分组及干预方法

选用第3代星形胶质细胞,以1×104/孔的密度,将细胞接种于涂有聚D-赖氨酸的24孔板中。细胞分为SOX2组和SOX2+JSK组,每组分配3个复孔。培养2 d后吸出培养基,PBS洗3次,向每孔中加入800 μL的DMEM高糖培养基(含10%FBS)。SOX2组:将10 mmol/LSOX2溶入培养基,每孔加入800 μL。SOX2+JSK组: 将10 mmol/LSOX2、2.5%脊髓康含药血清(最佳试剂浓度由课题组前期实验获得[9])溶入培养基,使培养基中血清终浓度达10%,每孔加入800 μL。两组细胞在加药刺激7 d后,更换为含有脑源性神经营养因子(BDNF)、神经营养因子3(NT-3)(含B27N2添加剂)的神经元培养基中,继续培养至21 d。

1.5. 观察指标与方法

1.5.1. 斜板实验及Basso-Beattie-Bresnahan评分

斜板实验:在手术前1 d及干预3、7、14 d对各组大鼠进行斜板测试,将大鼠置于斜道上,记录大鼠能够停留5 s的最大临界角度,重复3次并记录取平均值。BBB(Basso-Beattie-Bresnahan)评分:将大鼠放于挡板包围的空旷场地自由移动5 min,由两名实验人员同样在手术前1 d及干预3、7、14 d采用盲法依据BBB评分表在0~21分给大鼠打分,取两者的平均值记录。

1.5.2. 大鼠脊髓损伤组织单细胞RNA测序

参照前法建立脊髓损伤大鼠模型后,收集大鼠的脊髓损伤组织,液氮速冻,−80 ℃保存,冷链运输至上海伯豪生物技术有限公司进行单细胞测序,完成后续单细胞测序及生物信息学分析,含细胞捕获、cDNA合成、单细胞文库构建和高通量测序(scRNA-seq,10×Genomics Chromium),同时对数据进行t分布随机近邻嵌入(tSNE)技术降维分析用于可视化。

1.5.3. 生物信息学靶点分析

为进一步探究“脊髓损伤”“、脊髓康”与“糖酵解”相关联的潜在作用关系。采用生物信息学通过DAVID数据库(https://david.ncifcrf.gov/)对细胞分群特征基因和处理组间差异基因进行基因本体(GO)富集分析和京都基因与基因组百科全书(KEGG)通路富集分析,利用高级气泡图对排名前15的通路进行可视化。KEGG及GO分析均以差异有统计学意义(P < 0.05)作为显著性富集标准。分析找出不同亚群特征基因和处理组间差异表达基因后,通过STRING数据库(https://string-db.org/)检索编码蛋白间可能的潜在相互作用,获得差异基因蛋白互作网络(PPI网络),利用Cytoscape 3.9.1软件对PPI网络进行可视化操作。

1.5.4. Western blot法检测PKM2、p-PKM2和YAP表达

收集两组星形胶质细胞样本,用RIPA缓冲液裂解细胞膜并释放蛋白。加入蛋白酶抑制剂,离心裂解后的样本并收集上清液,使用蛋白定量试剂盒测定蛋白质浓度。将样品加载到SDS-PAGE凝胶上进行电泳分离。电泳后的蛋白分离物转移到PVDF膜上,封闭1 h后,在转印膜上进行蛋白抗体反应,分别使用一抗PKM2(1∶1000)、p-PKM2(1∶1000)和YAP(1∶1000)在4 ℃孵育过夜。使用TBST清洗膜以去除非特异性结合的抗体,加入二抗HRP标记的山羊抗兔IgG(1∶5000)室温孵育2 h,并进行免疫印迹检测。所用内参为β-actin,条带灰度分析使用Quantity One 4.6.2软件系统,结果以灰度值表示。

1.5.5. 免疫荧光多标染色验证YAP和PKM2共定位

将载玻片上的星形胶质细胞用PBS洗涤,加入4% PFA进行细胞固定。使用Triton X-100进行细胞膜渗透,使抗体渗透细胞内,加入免疫染色封闭液阻断非特异性结合位点。加入特异性抗体PKM2(1∶200)、YAP(1∶200)在4 ℃孵育过夜,清洗细胞以去除未结合的抗体,加入荧光标记的二抗山羊抗兔IgG(1∶300)孵育1 h,滴加含有DAPI的封片剂进行封固。在荧光显微镜下观察细胞荧光信号,使用图像采集系统捕获荧光信号图像,进行荧光信号的定量分析和图像处理。

1.6. 统计学方法

本研究采用SPSS 20.0软件对数据进行处理,计量资料采用均数±标准差表示。对于总体方差相等的采用单因素方差分析进行多组间比较,总体方差不等的采用Kruskal-Wallis检验。P < 0.05为差异具有统计学意义。

2. 结果

2.1. 各组大鼠斜板实验及BBB评分比较

各组大鼠斜板实验数据及BBB评分的术前差异无统计学意义(P > 0.05)。术后3 d,与Sham组比较,SCI组与治疗组大鼠斜板实验角度及BBB评分较差(P < 0.05),但其中治疗组表现要优于SCI组(P < 0.05)。术后7 d,治疗组比术后3 d斜板实验角度和BBB评分得分有提高(P < 0.05);术后14 d进一步上升,且两次斜板实验和BBB评分表现明显优于SCI组(P < 0.05,表 12)。

表 1.

各组大鼠斜板实验数据

Results of inclined-plate tests of the rats in the 3 groups (Mean±SD)

Group 1 d before operation After operation
3 d 7 d 14 d
*P<0.05 vs Sham group; #P<0.05 vs SCI group.
Sham 41.83±0.86 40.46±1.00 41.07±1.03 41.50±0.99
SCI 41.59±0.87 20.19±0.84* 20.92±1.19* 21.47±0.84*
Treatment 41.45±0.94 23.03±0.72*# 27.30±0.98*# 32.40±1.25*#

表 2.

各组大鼠下肢BBB评分

Hindlimb BBB scores of the rats in each group (Mean±SD)

Group 1 d before operation After operation
3 d 7 d 14 d
*P<0.05 vs Sham group; #P<0.05 vs SCI group.
Sham 21.00±0.00 21.00±0.00 21.00±0.00 21.00±0.00
SCI 21.00±0.00 2.90±0.99* 3.80±0.92* 4.20±1.32*
Treatment 21.00±0.00 3.90±1.10*# 5.30±1.34*# 8.90±1.29*#

2.2. SCI组织中单细胞RNA测序糖酵解相关基因

通过t分布随机近邻嵌入(tSNE)技术进行数据可视化,揭示了脊髓损伤组织26个可区分的细胞聚类(图 1A)。气泡图结果展示了糖酵解相关基因在这26个细胞聚类中的表达水平,PKM2基因在各个聚类中均有较高的表达,且表达差异显著(图 1B)。通过tSNE进行可视化,展示了PKM2基因在26个聚类中的表达模式差异,PKM2与糖酵解相关基因高度相关,在各类细胞中均有高活性表达(图 1C)。

图 1.

图 1

星形胶质细胞中糖酵解基因表达的单细胞测序分析

Single cell sequencing analysis of glycolytic gene expression in astrocytes. A: TSNE visualization of clustering of 26 cell types in the injured spinal cord tissues. B: Bubble plot of the expression levels of glycolysis-related genes in 26 cell clusters (boxed are Pkm2 genes). C: TSNE map of the expression pattern of Pkm2 gene in 26 cell clusters.

2.3. 脊髓康关联靶点生物信息学分析

运用生物信息学对“脊髓康”“脊髓损伤”“糖酵解”分析,取共交集绘制了脊髓康调控的27个脊髓损伤中与糖酵解最密切相关的靶点基因韦恩图(图 2A)。预测到的27个因子中,处在脊髓康干预的核心关键基因有LATS1/2、NF2、TEAD1/2/3/4、STK3、TAZ、RASSF1、SAV1等(图 2B)。为了进一步研究糖酵解相关基因对脊髓康治疗脊髓损伤的相关靶点基因,选取差异表达top15的基因进行功能显著性富集分析。KEGG分析结果显示这些靶点基因与HIPPO信号通路存在较高关联性,YAP是HIPPO信号通路的核心组成部分(图 2C)。GO分析显示top15差异基因首位主要与HIPPO信号通路有关(图 2D)。

图 2.

图 2

“脊髓康”“脊髓损伤”“糖酵解”的生物信息学分析结果

Results of bioinformatic analysis using the terms "Jisuikang", "Spinal Cord Injury", and "Glycolysis". A: Venn diagram of the co-expressed differential genes. B: PPI network visualization results. C: KEGG analysis. D: GO enrichment analysis.

2.4. Western blot法检测各组PKM2、p-PKM2和YAP蛋白表达结果对比

SOX2+JSK组细胞质和整个细胞中的PKM2表达量显著高于SOX2组(P < 0.05);磷酸化的PKM2表达量在细胞核显著增高(P < 0.01),且在整个细胞中也有显著增高(P < 0.001)。相较于SOX2组,SOX2+JSK组YAP的表达量则在细胞核与整个细胞中都有显著升高(P < 0.01)。

2.5. 各组细胞免疫荧光多标染色结果

使用蓝色标记DNA(DAPI)、绿色标记YAP、红色标记PKM2,对各组细胞进行免疫荧光多标染色。染色结果显示,SOX2+脊髓康血清组比SOX2组的YAP与PKM2表达增多,且SOX2+脊髓康血清组的YAP和PKM2共定位明显比SOX2组增加更多(图 4)。

图 4.

图 4

各组细胞YAP与PKM2的表达

Expression of YAP and PKM2 in cultured rat astrocytes treated with SOX2 alone or in combination with Jisuikang (JSK)-medicated serum (Immunofluorescence staining, original magnification: ×100).

图 3.

图 3

各组细胞中PKM2、p-PKM2、YAP表达电泳图

Western blotting for detecting PKM2, p-PKM2, and YAP expressions in cultured rat astrocytes treated with SOX2 alone or in combination with Jisuikang (JSK)-medicated serum. A: Western blots of the proteins. B: Relative expression levels of the proteins. *P < 0.05, **P < 0.01, ***P < 0.001.

3. 讨论

脊髓损伤是严重的神经系统损伤疾病,通常引起患者运动、感觉和自主神经功能障碍。研究显示,脊髓损伤引发多种分子调控机制,如神经保护因子、炎症介质和神经干细胞,影响细胞凋亡、炎症反应和神经元再生[10]。在分子层面上,损伤区域释放大量炎性因子,引发反应性星形胶质细胞等细胞在病灶周围聚集并持续分泌硫酸软骨素蛋白多糖,形成胶质瘢痕,进而抑制了轴突的再生[11]。细胞重编程是指分化的细胞在特定条件下被重新编程恢复到全能性状态,或者转分化成另一种细胞类型的过程,成为目前研究的一大热点[12]。AST是脊髓损伤组织中分布最为广泛的细胞,且AST与神经元的前体细胞来源一致,拥有相似的谱系特异性,因此被视为可靠的神经元细胞重编程途径。实验证实[13],SOX2转录因子可以转染星形胶质细胞使其向神经元诱导转化,从而改善SCI患者的神经功能恢复情况,然而,高效又可行的重编程诱导方法仍是目前研究的挑战之一。

脊髓所在的脊柱区对应中医经络体系中的督脉,脊髓损伤导致督脉受损,髓海不足,加之瘀血阻滞气机,造成患者的痛苦“,从督论治”一直是中医辨证论治脊柱相关疾病的重要切入点。脊髓康方由补阳还五汤、小承气汤等方化裁,重用黄芪、当归、川芎等中药材,有补脾胃、滋气血、祛瘀不伤好血之妙。前期临床研究证实脊髓康具有调控脊髓微环境的作用,对保护脊髓神经、减轻继发性病理损伤和促进功能恢复有重要意义,为脊髓损伤的治疗提供了重要的临床证据[14, 15]。实验研究表明脊髓康联合电针能有效逆转SCI大鼠的诱发电位,并促进损伤脊髓的结构修复[16]。实验验证,脊髓康可以通过调控外泌体来源的部分miRNA,促进神经细胞轴突再生,从而修复脊髓损伤,改善患者的运动功能[17]。此外,脊髓康具有抑制脊髓周围炎症反应的能力,有效抑制脊髓损伤区域NgR的表达,并阻断髓鞘源性神经再生抑制剂和RhoA/ROCK的作用[18, 19]。同时,脊髓康有助于改善轴突再生微环境,促进脊髓损伤的修复和恢复神经细胞再生能力,同时控制SCI后期炎症反应中促炎因子的释放,以促进患者运动功能恢复[20, 21]。本研究结果表明,从各组大鼠斜板实验以及BBB评分来看,治疗组大鼠斜板实验角度术后3、7、14 d均明显优于模型组大鼠,BBB评分得分改善也明显高于模型组,且治疗组从术后3 d到14 d的斜板实验以及BBB评分逐步升高,脊髓损伤大鼠的后肢功能得到改善,证实了脊髓康能改善脊髓损伤大鼠运动功能障碍,具有促进脊髓损伤大鼠神经功能恢复的疗效。

本研究通过体外研究大鼠星形胶质细胞,并结合生物信息学分析和细胞实验,旨在探究脊髓康在促进星形胶质细胞重编程神经元方面的作用机制。单细胞RNA测序结果显示,SCI组织中PKM2的表达在糖酵解中扮演关键角色。PKM2是糖酵解过程的最后一个限速酶,能把磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)转化为丙酮酸并生成ATP、加快糖酵解速率,从而对星形胶质细胞重编程产生至关重要的作用[22]。随后进行生物信息分析,我们发现靶点主要集中在HIPPO-YAP信号通路。前期研究发现,脊髓康与抑制MAST1、LAT1蛋白表达,促进YAP表达有关,表明星形胶质细胞活化与HIPPO-YAP通路具有关联性[23]。Hippo信号通路是哺乳动物中的关键信号通路,以YAP蛋白为核心。研究表明Hippo信号通路参与脊髓损伤的调控,对神经细胞的生长、凋亡、神经突伸长和瘢痕形成具有重要作用[24]。我们的实验显示,糖酵解中的YAP活性上调,可能直接或间接提高糖酵解酶的活性,并与PKM2产生一定关联,共同促进糖酵解过程。

本项研究以星形胶质细胞为切入点,在体外实验中发现,脊髓康显著提升了星形胶质细胞的糖酵解水平和干性潜能,并增加了神经元轴突标志物的表达量。PKM2主要以单体或二聚体的酶活性形式存在,磷酸化是其状态的关键指标。随后,我们进行了细胞实验,采用Western blot法检测PKM2与YAP蛋白的表达情况。结果显示,脊髓康联合SOX-2组使整个细胞中出现更多的PKM2、p-PKM2和YAP表达,且更多的磷酸化PKM2和YAP进入细胞核,而未添加脊髓康组则只有少量的表达,两者差异显著。研究证实,中药脊髓康的加入增加了PKM2和YAP的表达,从而提高了糖酵解速率,可能因此促进了星形胶质细胞的重编程。一项对PKM2和YAP的研究表明,PKM2二聚体表现出易位活性,在与YAP结合后,影响了下游信号通路,增强了PKM2和YAP在细胞核中的相互作用和共定位后,并诱导了纤维细胞脂肪分化[25]。因此,我们推测星形胶质细胞的干性转化不仅与PKM2的激酶活性和代谢功能有关,而且与PKM2磷酸化定位至细胞核后调节基因表达密切相关。YAP对这两种途径都有调控作用,如p-PKM2的甲酰化和乙酰化改变了其细胞功能,PKM2能够易位到细胞核,并调节许多靶基因的转录[26]。研究表明,YAP能稳定并促进PKM2的核易位,使PKM2磷酸化后易位到细胞核,并作为HIF-1的转录辅助因子,刺激糖酵解基因的表达[27]。糖酵解是中药脊髓康促进星形胶质细胞干性转化的关键,PKM2的上游驱动因素可能与YAP相关蛋白有关,YAP-PKM2的相互作用是促进糖酵解效应的机制。但脊髓康促进YAP与PKM2共定位后,其如何调控细胞内的转录功能,从而在体内减轻炎症、促进神经功能恢复,将是下一步研究的重点。

综上,糖酵解是影响星形胶质细胞干性转化的关键因素,而YAP与PKM2之间的交互作用可能是其主要调控机制。中药脊髓康可能通过靶向调控YAP/PKM2轴来调控糖酵解。一方面,它可以通过上调PKM2来促进糖酵解效应;另一方面,它也可能通过YAP与p-PKM2结合后进入细胞核并发挥转录功能。依据以上机制,中药脊髓康提高了糖酵解水平,促进了星形胶质细胞的干性转化,从而有助于修复受损的神经元。

Biography

满豪,在读硕士研究生,E-mail: manhao1124@163.com

Funding Statement

国家自然科学基金(82174400);江苏省中医药科技发展计划项目(YB2020041);江苏省中医药科技发展计划项目(YB2020042);无锡市“双百”中青年医疗卫生拔尖人才(HB2023072)

Supported by National Natural Science Foundation of China (82174400)

Contributor Information

满 豪 (Hao MAN), Email: manhao1124@163.com.

周 悦 (Yue ZHOU), Email: 375803522@qq.com.

References

  • 1.Gao LS, Peng YC, Xu WL, et al. Progress in stem cell therapy for spinal cord injury. Stem Cells Int. 2020;2020:2853650. doi: 10.1155/2020/2853650. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 2.Giehrl-Schwab J, Giesert F, Rauser B, et al. Parkinson's disease motor symptoms rescue by CRISPRa-reprogramming astrocytes into GABAergic neurons. EMBO Mol Med. 2022;14(5):e147971–20. doi: 10.15252/emmm.202114797. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 3.Li N, Wang XY, Sun J, et al. MiR-21-5p/Tiam1-mediated glycolysis reprogramming drives breast cancer progression via enhancing PFKL stabilization. Carcinogenesis. 2022;43(7):705–15. doi: 10.1093/carcin/bgac039. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 4.Li MX, Che N, Jin Y, et al. CDKN3 overcomes bladder cancer cisplatin resistance via LDHA-dependent glycolysis reprogramming. OncoTargets Ther. 2022;15:299–311. doi: 10.2147/OTT.S358008. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 5.邵 阳, 杨 俊锋, 马 勇, et al. 中药复方脊髓康促进脊髓损伤大鼠神经功能恢复的实验研究. 环球中医药. 2020;13(9):1479–83. [Google Scholar]
  • 6.郭 杨, 苑 文超, 潘 娅岚, et al. 脊髓康含药血清对脂多糖诱导的小胶质细胞迁移功能的影响. 时珍国医国药. 2019;30(12):2882–5. [Google Scholar]
  • 7.杨 光露, 马 勇, 郭 杨, et al. 基于16S rDNA分析脊髓康对脊髓损伤小鼠肠道菌群的影响. 中华中医药杂志. 2023;38(3):1009–14. [Google Scholar]
  • 8.王 浩阗, 王 建伟, 吴 毛, et al. 脊髓康含药血清联合SOX-2对星形胶质细胞重编程诱导为神经元细胞的影响. 中医杂志. 2023;64(3):288–94. [Google Scholar]
  • 9.潘 娅岚, 马 勇, 郭 杨, et al. 脊髓康对脊髓损伤大鼠脊髓组织结构及神经生长因子表达的影响. 中国实验方剂学杂志. 2014;20(15):144–9. [Google Scholar]
  • 10.Anjum A, Yazid MD, Fauzi Daud M, et al. Spinal cord injury: pathophysiology, multimolecular interactions, and underlying recovery mechanisms. Int J Mol Sci. 2020;21(20):7533. doi: 10.3390/ijms21207533. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 11.田 婷, 李 晓光. 脊髓损伤再生修复中的问题与挑战. 中国组织工程研究. 2021;25(19):3039–48. doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2198. [DOI] [Google Scholar]
  • 12.张 莹丹, 陈 莉. 转录因子Ascl1诱导体细胞重编程为神经元的研究进展. 华中科技大学学报: 医学版. 2023;52(6):873–7. [Google Scholar]
  • 13.王 志刚, 徐 耀端, 丁 向前, et al. SOX2转染星形胶质细胞促大鼠脊髓损伤神经功能恢复研究. 昆明理工大学学报: 自然科学版. 2022;47(2):89–97. [Google Scholar]
  • 14.吴毛. 中药"脊髓康"治疗脊髓损伤的临床研究[D]. 南京: 南京中医药大学, 2005.
  • 15.王 建伟, 吴 毛, 马 勇. 手术加中药"脊髓康"治疗脊髓损伤30例. 实用临床医药杂志. 2008;12(3):70–1. [Google Scholar]
  • 16.殷 杰, 邵 阳, 张 旭斌, et al. 脊髓康联合电针夹脊穴对脊髓损伤大鼠诱发电位及脊髓组织结构的影响. 中医学报. 2021;36(11):2395–400. [Google Scholar]
  • 17.吴 承杰, 马 勇, 郭 杨, et al. 脊髓康对脊髓损伤模型大鼠血清外泌体中miRNA表达的影响. 中医杂志. 2021;62(7):615–21. [Google Scholar]
  • 18.吴 承杰, 郭 杨, 马 勇, et al. 脊髓康对脊髓损伤小鼠小胶质细胞活化及组蛋白乙酰化水平的影响. 时珍国医国药. 2021;32(4):790–4. [Google Scholar]
  • 19.Wu CJ, Zhou YX, Tu PC, et al. Jisuikang promotes the repair of spinal cord injury in rats by regulating NgR/RhoA/ROCK signal pathway. Evid Based Complementary Altern Med. 2020;2020:9542359. doi: 10.1155/2020/9542359. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 20.周 雨昕, 马 勇, 吴 承杰, et al. 基于NLRP3炎症小体途径探究脊髓康促进脊髓损伤大鼠修复的机制. 中华中医药杂志. 2022;37(9):5385–9. [Google Scholar]
  • 21.涂 鹏程, 郭 杨, 马 勇, et al. 脊髓康通过IRE1-XBP1通路抑制内质网应激诱导的PC12细胞凋亡. 中国中西医结合杂志. 2020;40(8):972–8. [Google Scholar]
  • 22.Zhang Z, Deng XY, Liu YD, et al. PKM2, function and expression and regulation. Cell Biosci. 2019;9(1):52. doi: 10.1186/s13578-019-0317-8. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 23.汪 国澎, 邵 阳, 吴 毛, et al. 脊髓康促进脊髓损伤修复的机制研究及其转录组学分析. 时珍国医国药. 2023;34(8):1837–40. [Google Scholar]
  • 24.陶 新, 徐 逸, 宋 志文, et al. Hippo信号通路参与脊髓损伤的调控. 中国组织工程研究. 2023;27(4):619–25. [Google Scholar]
  • 25.Zhang YN, Fu JF, Li C, et al. Omentin-1 induces mechanically activated fibroblasts lipogenic differentiation through pkm2/yap/pparγ pathway to promote lung fibrosis resolution. Cell Mol Life Sci. 2023;80(10):308. doi: 10.1007/s00018-023-04961-y. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]
  • 26.Lee YB, Min JK, Kim JG, et al. Multiple functions of pyruvate kinase M2in various cell types. J Cell Physiol. 2022;237(1):128–48. doi: 10.1002/jcp.30536. [DOI] [PubMed] [Google Scholar]
  • 27.Kuo CC, Ling HH, Chiang MC, et al. Metastatic colorectal cancer rewrites metabolic program through a Glut3-YAP-dependent signaling circuit. Theranostics. 2019;9(9):2526–40. doi: 10.7150/thno.32915. [DOI] [PMC free article] [PubMed] [Google Scholar]

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