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Nature子刊 | 中国药科大学研究：LAMP2A-溶酶体通路在卒中后神经损伤中的调控作用
Highlights
1.卒中后LAMP2A信号通路激活与急性神经退行性变化相关。
2. 卒中后通过激活ADCY-PKA信号通路，可以减轻神经损伤和改善神经功能。
3. 使用cAMP类似物和ADCY激活剂有望成为改善卒中预后的新治疗策略。
近日，“Cell Death & Differentiation”（IF=13.7）上发表了一篇题为“Neuronal LAMP2A-mediated reduction of adenylyl cyclases induces acute neurodegenerative responses and neuroinflammation after ischemic stroke”的文章。这篇文章探讨了在缺血性卒中后，神经元丰富的溶酶体膜蛋白LAMP2A如何通过影响腺苷酸环化酶的降解，进而诱发急性神经退变和神经炎症反应。
研究背景介绍
溶酶体相关膜蛋白2A（LAMP2A）是一种在神经元中高度表达的溶酶体膜蛋白，与选择性分子伴侣介导的自噬和外泌体装载有关。
缺血性卒中，也称为脑梗塞，是由于脑部血管阻塞导致脑组织因缺乏氧气和营养而受损的一种急性脑血管疾病。它是全球致死和致残的主要原因之一。
PANoptosis是一种新发现的细胞死亡方式，由FADD、RIPK3和MLKL等蛋白复合体组成，可以同时引发细胞焦亡、凋亡和坏死。
腺苷酸环化酶（ADCY）是一类催化ATP转化为cAMP的酶，对调节细胞内信号传导和多种生理功能至关重要。
研究思路分析
研究技术路线图
01基础研究与神经保护效果
①通过腺相关病毒递送的Cre重组酶敲除成年小鼠大脑皮层中的Lamp2基因，发现这一操作不会影响小鼠的自发运动活动、情绪、空间工作记忆、长期空间认知或游泳能力。而在脑中动脉闭塞（tMCAO）后，Lamp2敲除显著限制了脑梗死的大小，并改善了48小时再灌注后的神经功能缺损。
②进一步探究在缺氧和葡萄糖剥夺（OGD）条件下，LAMP2A如何影响神经元对急性代谢应激的反应。研究发现，在OGD后的恢复期内，HSC70在神经元中的分布由细胞质和树突转移到LAMP1阳性的溶酶体部分。LAMP2A的敲低减少了HSC70的聚集，表明在OGD之后，LAMP2A介导的CMA途径可能过度激活。
③通过使用leupeptin抑制溶酶体降解，发现GAPDH和SNCA这两种CMA底物在溶酶体中的水平上升，表明CMA途径在急性代谢应激后被激活。氧糖剥夺/再灌注（OGD/R）处理后，与细胞坏死相关的RIPK3、MLKL和p-MLKL水平迅速上升。LAMP2A的敲低能够抑制这种上调现象，暗示LAMP2A的过度激活可能促进了神经元的程序性坏死。
④通过在tMCAO模型中敲减或敲除LAMP2A，发现tMCAO后早期大脑皮层中FADD、RIPK3和MLKL等坏死相关蛋白水平升高，而LAMP2A的敲减能显著降低这些蛋白的上调。此外，神经元特异性LAMP2A敲除能逆转这些蛋白在皮质神经元中的上调，并抑制星形胶质细胞和小胶质细胞的过度活化。LAMP2A缺陷还减轻了中风后脑梗死体积和神经功能障碍。表明，神经元LAMP2A调控的信号通路驱动早期类似泛凋亡和炎症反应，进而加重脑梗死和中风后的运动障碍及认知功能障碍。
02突触功能与神经退行性变化
①通过蛋白质组学分析发现，在急性代谢应激后，LAMP2A途径影响了多个与突触传递和可塑性相关的蛋白。LAMP2A的敲低可以部分逆转这些变化。此外，研究还发现LAMP2A的缺失能够减轻卒中后的神经退行性变化，包括突触蛋白的下降。表明LAMP2A在急性代谢应激和卒中后神经元损伤中起着重要作用。
②研究发现LAMP2A-溶酶体信号通路通过影响ADCY-PKA信号通路，迅速诱导了多种受调控细胞死亡(RCD)分子元素，导致急性神经退行性变化。LAMP2A的敲低增加了ADCYs的水平，这些激酶是cAMP生成的关键，并激活了PKA，对突触结构和功能至关重要。使用PKA抑制剂H89的实验显示，LAMP2A缺失通过影响PKA信号通路抑制了RCD相关蛋白的表达。
③此外，研究发现在缺血性卒中后，ADCY1和ADCY3的水平下降，并且这些蛋白是LAMP2A介导的溶酶体降解的直接底物。表明，神经元LAMP2A-CMA途径负责中风后ADCY-PKA信号通路的下调，进而诱导类似泛凋亡的分子事件。而LAMP2B并不参与tMCAO后的ADCY-FADD/MLKL途径。
03治疗策略与功能恢复
①使用cAMP类似物8-Br-cAMP和ADCY激活剂forskolin，对神经元在OGD/R处理下的影响进行了研究。结果显示，这两种物质能够显著抑制RIPK3和MLKL的上调以及p-CREB的下调。在tMCAO/R的小鼠模型中，这两种治疗手段同样减少了FADD、RIPK3、MLKL及其磷酸化形式的水平。
②此外，研究发现forskolin能够保护小鼠大脑皮层神经元免受细胞死亡途径的影响，并抑制了反应性星形胶质细胞增生和微胶质细胞过度活化。进一步的研究表明，forskolin和cAMP类似物在tMCAO后能够显著改善长期神经功能障碍，包括减少脑梗死面积、缓解神经行为缺陷，并在多种行为测试中显示出对神经功能恢复的长远益处。表明在再灌注早期激活ADCY–cAMP–PKA信号通路，可以有效限制急性神经退行性和神经炎症反应，从而促进缺血性中风后的神经功能恢复。
图1. 神经元Lamp2基因敲除减轻了小鼠缺血性卒中后的脑梗塞和长期神经缺损
图2. CMA途径过度激活，LAMP2A缺乏减轻了原代皮层神经元OGD/R后类似PANoptosis细胞死亡的分子水平
图3. LAMP2A缺乏预防了小鼠卒中后神经元死亡的PANoptosis样分子途径和胶质细胞激活
图4. 急性代谢应激后皮质神经元中LAMP2A缺乏的蛋白质组剖面
图5. PKA抑制剂H89在小鼠LAMP2A缺乏条件下重新激活卒中后神经元死亡的PANoptosis样分子途径
图6. 神经元LAMP2A-溶酶体途径负责小鼠缺血性卒中后ADCY1和ADCY3的降解
图7. PKA信号通路的诱导剂抑制卒中后小鼠神经元的PANoptosis样反应和胶质细胞激活
图8. PKA信号通路的诱导剂减轻卒中后小鼠的脑梗塞和长期神经认知缺损
结论与讨论
本研究揭示了LAMP2A-溶酶体信号通路在缺血性卒中后通过降低ADCY-PKA信号通路的活性，迅速诱导了多种细胞死亡途径，导致了急性神经退行性和神经炎症反应。实验表明，通过药物激活ADCY-PKA信号通路可减轻卒中后的脑损伤和改善神经功能恢复。
尽管本研究提供了LAMP2A在卒中后神经退行性变化中作用的重要见解，但LAMP2A在卒中后胶质细胞和血管细胞中的功能及其分子机制仍需进一步研究。此外，LAMP2A介导的溶酶体途径在其他神经退行性疾病中的潜在作用也是一个值得探索的领域。未来的研究还应关注如何通过调节LAMP2A-ADCY-PKA轴来开发新的卒中治疗策略。