《Journal of Neuroimmunology》：Exercise ameliorates microglial activation and cognitive impairment induced by GFAT1 knockdown after traumatic brain injury
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创伤性脑损伤（TBI）后运动训练通过调节GFAT1表达减轻微胶质激活和认知障碍，GFAT1敲低加剧炎症反应和神经元凋亡，irisin可能通过激活Nrf2/HO-1通路发挥保护作用。
蔡天宇|刘梦琪|陈伟关|段成伟|张嘉豪|郑宝豪|卢洪健
中国江苏省南通市南通大学第二附属医院康复科，邮编226001
摘要
背景
运动在预防创伤性脑损伤（TBI）方面的潜力已得到广泛研究。小胶质细胞在TBI的发病机制中起着关键作用。谷氨酰胺-果糖-6-磷酸转氨酶1（GFAT1）是调控己糖胺生物合成途径（HBP）的关键酶，它不仅控制葡萄糖的流入，还在神经炎症过程中发挥重要作用。然而，在TBI小鼠进行跑步机运动期间，GFAT1表达与小胶质细胞代谢活动之间的关系仍不清楚。
方法
通过针刺建立小鼠TBI模型，并将小鼠随机分为久坐组和14天自愿跑步组。使用GFAT1 shRNA慢病毒实现GFAT1敲低。通过行为测试、电生理记录、免疫组化、免疫荧光和Western blotting来评估小胶质细胞的激活和神经功能。利用鸢尾素（irisin）和LPS构建体外细胞模型，通过Western blotting和TUNEL染色来检测炎症蛋白和神经元凋亡。
结果
TBI组的GFAT1表达水平高于假手术组。TBI诱导后，GFAT1敲低增加了白细胞介素-6（IL-6）的表达，并加重了认知障碍。而运动训练促进了认知功能的恢复，减少了IL-6的表达，并上调了核因子E2相关因子2（Nrf2）和血红素加氧酶-1（HO-1）的表达。体外LPS刺激诱导了GFAT1、IL-6和iNOS的表达；然而，GFAT1敲低进一步加剧了IL-6和iNOS的表达。此外，鸢尾素预处理减少了神经元凋亡，增加了Nrf2和HO-1的表达，并降低了IL-6和iNOS的表达。
结论
运动可以改善TBI后由GFAT1敲低引起的小胶质细胞激活和认知障碍。
引言
创伤性脑损伤（TBI）是指由外力引起的脑损伤或正常脑功能受损，是全球导致死亡和残疾的主要原因之一（Mira等人，2021年）。TBI的病理生理机制包括兴奋性毒性、线粒体功能障碍、氧化应激和神经炎症（Li等人，2022a；Li等人，2022b）。目前，已建立的治疗方法（如低温疗法、减压颅骨切除术）几乎仅针对原发性损伤，而针对继发性损伤的有效治疗药物仍缺乏。运动训练是一种公认的有效康复策略，可以通过多种机制减轻TBI后的继发性损伤，并促进神经炎症的减少和认知功能的恢复（Chen等人，2023年；Chen等人，2025年）。鸢尾素是一种由肌肉组织在运动时分泌的肌因子，可以促进神经功能的恢复（Bostrom等人，2012年）。尽管运动对大脑健康的益处已被广泛认可，但进一步研究运动对TBI影响的分子机制仍然是必要的。
小胶质细胞是中枢神经系统的主要免疫细胞。TBI后，快速激活的小胶质细胞释放大量促炎因子、活性氧（ROS）、活性氮物种和兴奋性神经递质，最终损害神经功能。小胶质细胞的激活需要显著增加能量需求，以支持形态变化、吞噬作用和细胞因子释放等关键过程。许多研究表明，葡萄糖代谢流入己糖胺生物合成途径（HBP）的失调以及随后的O-GlcNAc循环异常与多种神经系统疾病的病理生理学有关（Liu等人，2009年；Sanchez等人，2019年；Wang等人，2021年）。谷氨酰胺：果糖-6-磷酸酰胺转移酶1（GFAT1）是HBP的限速酶，它不仅控制葡萄糖的流入，还在神经炎症过程中发挥关键作用（Wu等人，2023年）。尽管GFAT1在多种疾病（如糖尿病、癌症和心肌肥大）中的功能已被报道（Oikari等人，2016年；Gelinas等人，2018年；Ishino等人，2018年；Liu等人，2019年），但其在TBI中的作用仍不清楚。
在本研究中，我们发现TBI后GFAT1表达上调，并且GFAT1定位于小胶质细胞中。运动训练可能逆转GFAT1敲低（由Lenti-shGFAT1病毒静脉注射引起）引起的炎症和认知障碍。在体外细胞模型中，鸢尾素干预可以对抗LPS诱导的小胶质细胞激活和神经元死亡，而GFAT1敲低则加剧了这些病理效应。总之，GFAT1可能对TBI引起的小胶质细胞激活和认知衰退具有保护作用，可以作为TBI治疗的新靶点。
动物处理和治疗方案
本实验使用了大约6-8周大的C57BL/6雄性小鼠，这些小鼠购自南通大学动物实验中心。所有动物实验均按照动物伦理委员会批准的方案进行（伦理批准编号：S20210318–003）。所有实验小鼠均可自由获取食物和水，并生活在12小时光照/黑暗周期的环境中。所有动物操作均严格遵循国家
小鼠TBI模型中GFAT1蛋白的表达和分布
我们利用针刺技术创建了小鼠TBI模型，以研究GFAT1在TBI中的表达和作用。使用改良的神经严重程度评分（mNSS）评估神经损伤的程度。TBI后，mNSS评分在6小时时显著升高，随后随着损伤后时间的延长而逐渐下降（图1A）。在TBI后不同时间点对小鼠脑组织进行苏木精-伊红（HE）染色。
讨论
创伤性脑损伤（TBI）已成为一个日益严重的健康问题，常导致神经炎症和认知障碍等并发症，对人类健康构成重大威胁。因此，TBI的治疗引起了大量研究兴趣。研究表明，运动训练对多种疾病（包括癌症、高血压、帕金森病和TBI恢复）具有潜在益处（Sharman等人，2015年；Idorn和Thor Straten，2017年；
结论
总之，本研究表明，运动训练可以缓解TBI后由GFAT1敲低引起的细胞损伤和功能障碍，这种保护作用是通过其抗炎和抗氧化应激特性介导的。然而，这种保护作用的分子机制尚未完全阐明。在未来的研究中，我们将进一步探索这些潜在机制，旨在为TBI提供新的治疗策略。
数据和材料的可用性
本研究的数据可应要求向相应作者索取。
作者贡献声明
蔡天宇：撰写——初稿。刘梦琪：数据整理。陈伟关：正式分析。段成伟：撰写——审阅和编辑。张嘉豪：验证。郑宝豪：验证。卢洪健：资源获取、资金筹措、概念构思。
伦理声明
本实验使用了大约6-8周大的C57BL/6雄性小鼠，这些小鼠购自南通大学动物实验中心。所有动物实验均按照动物伦理委员会批准的方案进行（伦理编号：S20210318–003）。
资助
衷心感谢国家重点研发计划（2022YFC2405605）；江苏省自然科学基金（BK20221274）；南通市科技项目（HS2022001）以及江苏省研究生研究与实践创新计划（KYCX24_3587、KYCX24_3588）的财政支持。
