打麻藥還能激活大腦的防中風開關？韓國忠南大學團隊揭示ATF5依賴GDF15神經保護機制

2025年11月28日，韓國忠南大學Woosuk Chung，JunYoungHeo及Hyon-SeungYi團隊在《Advanced Science》雜志發表：ATF5-Dependent GDF15 Expression Mediates Anesthesia-Induced Neuroprotection Against Stroke，揭示了ATF5依賴的GDF15表達介導麻醉誘導的抗卒中神經保護作用。

圍手術期卒中是一種罕見但嚴重的并發癥，在老齡化人群中發病率不斷上升。盡管臨床前研究一致表明，七氟烷等麻醉藥可誘導針對缺血性損傷的神經保護性預處理，但臨床研究結果仍不明確。本研究發現，七氟烷誘導的神經保護作用與線粒體未折疊蛋白反應（UPRmt）及線粒體生物能量代謝相關基因的上調密切相關。研究結果強調了激活轉錄因子5（ATF5）在介導這些保護效應中的關鍵作用。七氟烷預處理顯著提高了大腦皮層中ATF5及其下游靶點GDF15（一種線粒體穩態的關鍵調節因子）的表達。然而，這種保護機制在老年大腦中并未被激活，提示衰老損害了機體啟動線粒體應激反應的能力。這些結果表明，有必要制定針對不同年齡人群的策略以降低圍手術期卒中風險，包括在老年患者中采用靶向線粒體功能的干預措施。

圖一 七氟烷誘導預處理可改善腦缺血后預后，上調ATF5表達并增強線粒體功能

既往研究表明，較高濃度的七氟烷（2.5%）才能誘導腦保護作用。作者據此讓小鼠暴露于2.5%七氟烷0.5–3小時，24小時后行大腦中動脈閉塞（MCAO）。結果發現，僅暴露≥2小時可顯著減小梗死體積、改善神經功能且不引起呼吸抑制，因此后續實驗統一采用2小時方案。

腦聲常談建立了多個《動物模型構建與行為評估》交流群，群內分享各種經典和前沿的行為范式，共同交流解決動物實驗中遇到的棘手問題，避坑少走彎路！有需要的老師可以掃碼添加微信進入討論群！

結果：

進一步研究顯示，七氟烷暴露后，UPR??關鍵因子 LONP1 和 ATF5 表達升高，提示該通路可能參與預處理。然而，在正常皮層線粒體中未觀察到呼吸功能增強，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標記神經元），七氟烷處理組的線粒體外膜標志物 TOMM40 信號明顯強于對照組，表明線粒體結構得以保留?；虮磉_譜分析進一步顯示：在半暗帶中，七氟烷使23個線粒體相關基因上調（正常皮層僅3個），說明其保護作用具有腦區特異性，優先在易損腦區維持線粒體功能。綜上，七氟烷預處理通過激活ATF5依賴的UPR??通路，在缺血損傷區域選擇性保護線粒體完整性，從而發揮神經保護作用。

圖二 七氟烷在Atf5條件性敲除小鼠中誘導線粒體功能障礙

為評估ATF5在興奮性神經元中對七氟烷預處理的重要性，作者通過將Emx1-IRES-Cre敲入小鼠與Atf5fl/fl小鼠雜交，構建了Atf5條件性敲除小鼠。研究發現，盡管在興奮性神經元中條件性敲除 Atf5 僅使ATF5蛋白水平下降約30%（因其他細胞類型仍表達ATF5），但七氟烷預處理在這些小鼠中完全失去了神經保護作用：梗死體積未縮小，神經功能也未改善。

進一步分析顯示：野生型小鼠經七氟烷暴露后，多種UPR??相關基因和蛋白顯著上調；而 Atf5 敲除小鼠則無此反應；更關鍵的是，僅在敲除小鼠中七氟烷暴露24小時后線粒體呼吸功能明顯下降。這表明：興奮性神經元中ATF5的適度上調對啟動UPR??、維持線粒體功能及介導七氟烷的腦保護作用至關重要。即使整體組織中ATF5變化不顯著，神經元特異性的缺失已足以阻斷預處理效應。

圖三 ATF5介導七氟烷預處理中的神經保護作用

作者的結果表明，ATF5調控GDF15的表達。盡管此前尚未建立ATF5與GDF15之間的直接聯系，但已有研究表明，GDF15的表達受ATF4調控，而ATF4是另一種主要的線粒體未折疊蛋白反應相關轉錄因子?？紤]到ATF5的表達本身也受ATF4調控，因此GDF15的表達可能也通過ATF5進行調控。為驗證這一點，構建了一種在興奮性神經元中特異性表達ATF5的病毒。

結果：

與最初的結果一致，ATF5過表達與多個線粒體能量代謝相關基因的上調相關，其中包括Gdf15。此外，在表達該病毒載體的大腦皮層區域分離的線粒體中，呼吸功能也有所增強。這些結果提供了直接證據，表明在興奮性神經元中，對線粒體功能具有重要調控作用的GDF15是由ATF5調控表達的。

圖四 在興奮性神經元中過表達ATF5可提供針對缺血性損傷的神經保護作用

為進一步探究僅過表達ATF5是否足以誘導對缺血應激的神經保護作用，作者在全身給予pAAV-hSyn-DIO-EGFP或pAAV-hSyn-DIO-ATF5四周后，對Emx1cre/+小鼠實施MCAO手術。

在興奮性神經元中過表達ATF5可顯著減輕MCAO后的腦損傷并改善神經功能，效果與七氟烷預處理相當。ATF5的表達通過hSyn啟動子高效實現，并伴隨GDF15 mRNA上調（但血清GDF15未變），提示GDF15可能是ATF5介導神經保護的下游效應分子。

結果表明，內源性神經元來源的GDF15對于建立針對缺血/再灌注損傷的神經保護至關重要。尤為重要的是，還發現七氟烷在老年大腦中無法激活ATF5–GDF15信號通路導致其在線粒體功能方面的保護作用減弱?？紤]到患者人群正持續老齡化，針對老年大腦增強線粒體功能的治療策略可能為預防圍手術期卒中提供額外的保護作用。

文章來源

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

腦聲小店基于深度科研洞察，專注為動物實驗提供"簡器械·精實驗"解決方案。我們突破高精設備局限，開發手工定制化儀器及配件，通過科研巧思將基礎工具轉化為創新實驗方案。產品涵蓋行為學裝置、操作輔助工具等，使實驗室在保持操作簡效的同時，實現精細化數據采集，助力科研人員以創造性思維發掘簡易儀器的潛在科研價值。