Adv Sci丨中山大学银巍等团队研究揭示HK2通过蛋白激酶活性调控外
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2026-02-14 13:53:19
中风是公共卫生的重大威胁，对其病理机制的了解不足阻碍了治疗的进展。外泌体参与缺血性中风的损伤和恢复过程。虽然糖酵解增强与外泌体的生物合成相关，但其调控机制仍未得到充分研究。
2025年7月28日，中山大学银巍、段晶晶及华南理工大学华学锋共同通讯在Advanced Science 在线发表题为“Glycolytic Enzyme HK2 Phosphorylates nSMase1 to Promote Astrocytic Exosomes Biogenesis Contributing to Acute Ischemic Stroke Injury”的研究论文。该研究观察到急性缺血性中风时脑脊液 (CSF) 和血浆中外泌体数量的增加。缺氧选择性地增强了星形胶质细胞中外泌体的生物合成。
通过 RNAi 筛选，鉴定出糖酵解酶己糖激酶 2 (HK2) 是缺氧诱导外泌体的关键启动子。HK2 促进腔内囊泡 (ILVs)（外泌体的前体）的形成，但不影响其在溶酶体中的降解。HK2 直接磷酸化中性鞘磷脂酶 1 (nSMase1)，后者是参与外泌体脂质生物合成途径的关键酶。此外，缺氧诱导的星形胶质细胞外泌体会破坏脑血管内皮细胞紧密连接蛋白。星形胶质细胞特异性敲低HK2基因可显著减少外泌体的释放，减轻大脑中动脉闭塞（MCAO）引起的脑损伤。值得注意的是，MCAO显著增加了nSMase1的磷酸化，而敲低星形胶质细胞HK2基因则可有效消除nSMase1的磷酸化。总之，该研究揭示了HK2通过其蛋白激酶活性在外泌体生物合成中的非代谢作用，为中风治疗提供了一个潜在的靶点。
外泌体是细胞外囊泡（EVs）的一个亚类，直径范围为40至160纳米，是细胞间通讯的重要介质。越来越多的证据表明，外泌体在包括中风在内的急性和慢性神经系统疾病的发生、发展和修复中也发挥着关键作用。外泌体的细胞内生物合成主要受转运必需内体分选复合物（ESCRT）系统和神经酰胺介导的脂质通路调控。ESCRT通路是真核生物中高度保守的囊泡出芽机制，控制着细胞内囊泡的形成、吞噬作用以及宿主细胞的病毒感染。而脂质通路是一种应激诱导机制，在炎症和氧化应激反应中被激活。中性鞘磷脂酶（nSMase）是脂质途径中的关键酶，它催化鞘磷脂转化为神经酰胺，诱导膜弯曲并促进ILVs的形成。糖酵解增强与外泌体的产生有关，但其机制尚不清楚。肿瘤细胞表现出独特的高糖酵解代谢模式，分泌的外泌体明显多于正常细胞。缺氧也会升高前列腺癌和乳腺癌细胞中的外泌体水平，而糖酵解抑制剂紫草素通过靶向糖酵解酶M2型丙酮酸激酶（PKM2）显著抑制外泌体的释放。此外，研究发现糖酵解酶在外泌体或细胞外囊泡中共定位，表明它们可能参与外泌体的产生或分泌。
中风是最常见的心血管和神经系统疾病之一，是全球第二大死亡原因，也是导致残疾和痴呆的主要原因。尽管近年来缺血性中风的预防和治疗取得了长足进展，但全面了解缺血性中风的潜在分子机制对于开发新型治疗药物至关重要。在脑缺血期间，氧供应减少会导致糖酵解水平升高，提示糖酵解途径与脑损伤过程有关。然而，糖酵解酶导致脑损伤的具体机制仍不清楚。
该研究发现，急性缺血性中风 (AIS) 会导致外泌体产生显著增加，主要来源于星形胶质细胞。转录组分析显示，缺氧显著激活星形胶质细胞中的糖酵解途径。通过 RNAi 筛选，进一步确定了 HK2（一种催化糖酵解途径第一步的限速酶）是缺氧条件下星形胶质细胞外泌体产生的关键调控因子。研究发现，HK2 能与nSMase1 直接相互作用，磷酸化 nSMase1 以促进缺氧星形胶质细胞中外泌体的生成。此外，来自缺氧星形胶质细胞的外泌体已被证实会破坏内皮细胞紧密连接蛋白。选择性敲低星形胶质细胞中的 HK2 可减少外泌体的释放，并减轻小鼠急性缺血性脑损伤。总之，该研究结果表明 HK2 作为蛋白激酶介导中风后星形胶质细胞中外泌体的生物合成，从而突出其非代谢机制及其在脑损伤中的关键作用。
