Cell子刊：庞涛/徐晓军/吴晋发现小胶质细胞CMPK2促进缺血性卒中后的神经炎症和脑损伤

神经炎症在缺血性损伤中起重要作用，线粒体DNA氧化(Ox-mtDNA)可促进缺血性损伤的发生。胞苷/尿苷单磷酸激酶2 (CMPK2)调节mtDNA复制，但其在神经炎症和缺血性损伤中的作用尚不清楚。

2024年5月2日，中国药科大学庞涛、浙江大学徐晓军及南京医科大学吴晋共同通讯在Cell Reports Medicine 在线发表题为“Microglial CMPK2 promotes neuroinflammation and brain injury after ischemic stroke”的研究论文，该研究表明小胶质细胞CMPK2促进缺血性卒中后的神经炎症和脑损伤。该研究报告了CMPK2在人类和小鼠中风后分别在单核/巨噬细胞和小胶质细胞中的表达上调。使用Cre重组依赖的腺相关病毒敲低小胶质细胞/巨噬细胞CMPK2抑制脑内炎症反应，减少梗死，改善缺血CX₃CR1^Cre/ERT2小鼠的神经预后。

从机制上讲，CMPK2敲低限制了新合成的mtDNA和Ox-mtDNA的形成，随后阻断了小胶质细胞/巨噬细胞中NLRP3炎性体的激活。去甲二氢愈创木酸(NDGA)作为一种CMPK2抑制剂，可减轻小鼠神经炎症和缺血性损伤，并可预防缺血性患者原代人单核细胞的炎症反应。因此，这些发现确定CMPK2是缺血性中风和其他与神经炎症相关的脑部疾病的有希望的治疗靶点。

急性缺血性中风是一种破坏性的急性脑血管疾病，表现为快速发作的肌肉无力、精神错乱、失去平衡或协调、突然晕厥、麻痹和其他严重症状。尽管医疗技术和手术器械取得了进步，但中风仍然是全球第二大死亡原因，占所有疾病死亡率的11.6%，是残疾调整生命年(DALYs)的第三大原因，约占所有伤残调整生命年的5.7%。目前，重组组织型纤溶酶原激活剂(r-tPA)静脉溶栓是唯一被所有监管机构认可有效的治疗策略。然而，r-tPA静脉溶栓有严格的约4.5 h的时间窗限制以及医学限制，因此只有不到3%的缺血性患者能从中受益。尽管几十年来许多神经保护剂在动物实验中显示出显著的疗效，但它们在临床试验中都失败了因此，迫切需要确定缺血性卒中的潜在治疗靶点和干预措施。

多种病理生理机制参与了缺血性脑卒中的进展，包括神经炎症反应、钙超载、氧化应激和兴奋毒性小胶质细胞介导的神经炎症对缺血性损伤有重要影响，并与卒中后的长期认知和运动功能高度相关。在缺血发作时，神经元死亡引发以小胶质细胞过度激活和细胞因子和趋化因子释放为特征的继发性免疫反应之后，激活的小胶质细胞在病变区域和梗死周围边界区周围积聚，持续数小时至数周。在小胶质细胞线粒体中，脑卒中后活性氧(ROSs)大量产生。由于线粒体DNA (mtDNA)具有有限的修复能力，并且缺乏组蛋白的保护， mtDNA是脆弱的，容易被氧化，主要以8-羟基-2-脱氧鸟苷(8-OHdG)的形式氧化8-OHdG水平已被证实与缺血性脑卒中的严重程度高度相关，是脑卒中患者功能结局的独立预后因素。然而，目前尚不清楚是否抑制氧化mtDNA (Ox-mtDNA)的产生可能是治疗缺血性脑卒中的有效途径。

机理模式图（图源自Cell Reports Medicine ）

胞苷/尿苷单磷酸激酶2 (CMPK2)是一种限速酶，用于三磷酸脱氧核苷的合成，以调节mtDNA的复制。一些报告表明，CMPK2参与疾病的进展，包括急性呼吸窘迫综合征(ARDS)、脑钙化和脊髓损伤。mtDNA是线粒体内封闭的双链DNA环，作为损伤相关的分子标记物诱导炎症。在正常生理情况下，一方面，转录因子A (transcription factor A，TFAM)可以促进裸mtDNA的包装和压实成类核，从而最大限度地减少对线粒体ROS的易感性(mtROS)；另一方面，及时终止mtDNA引起的炎症可以促进组织修复，并通过清除病原体帮助宿主重新建立稳态。

然而，在病理状态下，ROSs、病原相关分子模式和损伤相关分子模式(DAMPs)可以促使线粒体膜上的线粒体通透性过渡孔(mPTP)打开和电压依赖性阴离子通道(VDAC)寡聚，从而促进mtDNA向细胞质释放。mtROS不直接诱导炎性小体激活，但mtROS氧化的mtDNA (Ox-mtDNA)可直接激活NLRP3炎性小体，诱导裂解caspase-1和成熟的白细胞介素(IL)-1β分泌。CMPK2表达上调可在脂多糖(LPS)引发的免疫细胞中启动裸mtDNA和未压缩mtDNA的新合成，从而引发炎症小体介导的炎症。尽管大量研究强调了CMPK2在ARDS、脑钙化、脊髓损伤和冠状病毒等疾病中的关键作用，但对CMPK2在缺血性脑卒中中的作用知之甚少。

该研究检测了CMPK2在缺血性脑卒中中的功能。研究发现，在CX₃CR1^Cre/ERT2小鼠中，腺相关病毒(AAV)介导的小胶质细胞/巨噬细胞CMPK2敲低，或被鉴定为特异性CMPK2抑制剂的天然产物去甲二氢木创酸(NDGA)，可以减轻脑损伤，并在短暂性大脑中动脉闭塞(tMCAO)治疗后呈现更好的长期神经预后。此外，小胶质细胞/巨噬细胞CMPK2敲低或NDGA处理抑制新合成mtDNA的表达和Ox-mtDNA的形成，从而限制NLRP3炎性体的激活。该研究为CMPK2作为缺血性卒中和其他与神经炎症相关的神经系统疾病的潜在治疗靶点奠定了基础。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.xcrm.2024.101522