β-1,3-半乳糖基转移酶2通过糖基化修饰TGF-βR(II)/ALK1，在缺血修复阶段促进脑血管生成和神经功能恢复

《Experimental Neurology》：β-1, 3-galactosyltransferase 2 promotes cerebral angiogenesis and neurological recovery during the ischemic repair phase through glycosylation modification of TGF-βR(II)/ALK1

β-1,3-半乳糖基转移酶2（B3galt2）通过调控TGF-βR(II)/ALK1/Smad1/5信号通路，促进脑缺血修复期的血管生成和神经功能恢复，降低脑萎缩。

　　

刘畅|马尧|李家琛|徐云豪|李梅轩|李宏|李宗泽|王占友|梁佳|王鹏

中国辽宁省锦州市锦州医科大学基础医学院神经生物学系，邮编121001

摘要

β-1,3-半乳糖基转移酶2（B3galt2）在缺血性中风（IS）的发病机制中被认为是一个重要的介质；然而，其确切的功能作用尚未完全阐明。本研究旨在阐明B3galt2在缺血损伤后修复阶段对脑血管生成的调控机制。通过使动物经历1小时的中脑动脉阻塞（MCAO），随后在不同时间间隔内进行再灌注，建立了一个脑缺血/再灌注（I/R）损伤的小鼠模型。从损伤后第一天开始，通过鼻腔给予重组人B3galt2（rh-B3galt2），并持续到组织收集。实验结果表明，rh-B3galt2显著减少了脑萎缩，并在缺血修复阶段增强了神经功能恢复。此外，rh-B3galt2通过增加血管内皮生长因子A（VEGFA）以及紧密连接蛋白occludin和claudin 5的表达促进了血管生成。同时，rh-B3galt2激活了TGF-βR(II)/ALK1/Smad1/5通路。rh-B3galt2处理后，TGF-βR(II)和ALK1的半乳糖化水平升高，表明B3galt2可能通过糖基化修饰来调节这些蛋白。然而，使用ALK1抑制剂ML347处理后，rh-B3galt2在减少脑萎缩和缓解神经功能缺陷方面的积极作用被逆转。ML347还抵消了rh-B3galt2诱导的血管生成促进作用，表明抑制ALK1会消除rh-B3galt2的保护作用。总体而言，结果表明rh-B3galt2通过糖基化修饰调节TGF-βR(II)/ALK1/Smad1/5通路，显著促进了脑缺血修复阶段的血管生成和神经功能恢复。

引言

缺血性中风（IS）是由于脑血流（CBF）中断引起的，与脑部缺血性损伤、缺氧性坏死病变以及广泛的神经功能缺陷相关。其高发病率、复发率和死亡率对社会结构和家庭关系造成了巨大影响（Martin等人，2024年）。因此，治疗神经功能障碍仍然是管理IS的一个紧迫挑战。缺血损伤后的神经功能恢复与脑重塑、神经发生和血管生成过程密切相关（Beuker等人，2025年；Li等人，2025a年）。近年来，人们认识到血管生成在对抗脑缺血损伤和随后神经功能恢复中具有重要意义（Sun等人，2025年；Tao等人，2025年；Wang等人，2025a年；Wang等人，2025b年）。血管生成的增加与CBF的改善、向缺血区域输送的氧气和营养物质的增加以及缺血病变体积的减少有关（Aghazadeh等人，2022年；Cheng等人，2025年；Zhang等人，2025年）。此外，新生成的血管通过分泌神经营养因子和趋化蛋白帮助清除坏死组织，从而刺激神经再生、突触重组，最终改善神经功能（Dai等人，2023年；Gregorius等人，2021年；Qiu等人，2024年）。因此，针对血管生成的干预措施为IS的管理提供了一种有前景的策略。

糖基化是最常见的翻译后修饰之一，受到糖基转移酶的显著影响。一些近期研究表明，由糖基转移酶介导的蛋白质糖基化参与了神经系统的发展和不同神经疾病的发病机制（Angata等人，2006年；Conroy等人，2021年；Paprocka等人，2021年）。β-1,3-半乳糖基转移酶2（B3galt2）是B3galt家族的重要成员，在哺乳动物中广泛存在，尤其是在哺乳动物的大脑中含量丰富。B3galt2参与UDP-半乳糖与N-乙酰半乳糖胺之间的糖苷键形成，生成β-1,3糖苷键（Holmes和Levery，1989年；Sheares等人，1982年）。B3galt2是蛋白质O-糖基化的重要酶，特别是在粘蛋白类型O-糖链中，负责向受体添加半乳糖（Ujita等人，1998年）。B3galt2在成年小鼠大脑中大量存在。B3galt2基因敲除会导致认知功能障碍、神经元死亡以及随后的突触形成减少（Chen等人，2023年）。最近的研究表明，B3galt2在中风急性缺血阶段参与了重要的神经血管保护机制（Guo等人，2022年；Yang等人，2021年）。然而，尚不清楚B3galt2是否参与了中风引起的缺血中的血管重塑，以及它是否能够相应地促进神经功能恢复。

转化生长因子-β（TGF-β）信号通路与脑缺血/再灌注（I/R）损伤期间的血管生成过程密切相关。特别是属于TGF-β受体家族I型受体亚组的激活素受体样激酶1（ALK1）在调节血管生成中起关键作用。TGF-β与ALK1和TGF-βR(II)的结合会导致Smad1/5的磷酸化，激活下游目标基因，促进内皮细胞增殖和迁移，这是血管生成的关键步骤（Liu等人，2023年）。值得注意的是，TGF-βR(II)和ALK1是糖蛋白，糖基化修饰可能是调节这一通路的关键。因此，我们假设B3galt2通过调节TGF-β/TGF-βR(II)/ALK1/Smad1/5通路来调节血管生成。

本研究旨在探讨B3galt2在脑缺血修复阶段对神经功能恢复和血管生成的作用及其潜在机制。研究结果可能为IS的治疗提供新的实验依据和治疗靶点。

实验部分

实验动物

所有基于动物的实验均严格遵循现有的动物伦理标准进行，并获得了锦州医科大学动物实验伦理委员会的批准（批准编号20250064）。我们尽一切努力减少动物的痛苦并降低使用的动物数量。使用8-12周大的C57BL/6J雄性小鼠，体重20-25克，以避免雌激素的影响。这些小鼠在恒定温度环境下饲养，具有12小时的光照周期。

脑缺血后B3galt2的表达增加

为了研究局灶性脑缺血后B3galt2的表达情况，小鼠接受了1小时的中脑动脉阻塞（MCAO），随后在不同时间间隔（1天、3天、5天、7天和14天）进行再灌注。结果显示，与假对照组相比，缺血皮层组织和分离出的脑微血管中的B3galt2水平在再灌注后显著升高，第7天达到峰值（图1B-E）。这表明B3galt2在IS修复阶段可能具有内在的保护作用。

讨论

我们的研究表明，B3galt2水平的升高通过减少神经炎症、氧化应激和保护血脑屏障（BBB）的破坏，在缺血事件的急性阶段显著改善了脑I/R损伤（Guo等人，2022年；Yang等人，2021年）。然而，B3galt2在随后的缺血修复阶段的具体作用尚未明确。在本研究中，我们通过MCAO建立了小鼠IS模型来进行研究。

结论

rh-B3galt2有效减轻了缺血性脑损伤的严重程度，显著改善了神经功能恢复，并促进了缺血修复期间的血管生成。进一步分析表明，B3galt2的这些保护作用可能涉及调节TGF-βR(II)/ALK1/Smad1/5通路。这些发现为B3galt2对脑缺血损伤的调节提供了新的见解，并有助于理解IS中的翻译后修饰。此外，B3galt2可能还具有其他作用。

作者贡献声明

刘畅：撰写原始稿件、进行形式分析、概念构思。马尧：撰写原始稿件、进行研究、进行形式分析。李家琛：进行研究、进行形式分析。徐云豪：方法学研究。李梅轩：进行研究、进行形式分析。李宏：进行研究、数据管理。李宗泽：进行研究。王占友：撰写、审稿与编辑、概念构思。梁佳：撰写、审稿与编辑、监督。王鹏：撰写、审稿与编辑、监督、概念构思。

伦理批准声明

所有动物实验均获得了锦州医科大学动物护理和使用委员会的批准（批准编号20250064）。我们采取了所有措施来减轻动物的痛苦并减少使用的动物数量。

资助

本研究得到了国家自然科学基金（编号81971231）、辽宁省自然科学基金（编号2023JH2/101700232、2024-MSLH-163）、辽宁省教育厅科研项目（编号JYTMS20231733）以及锦州医科大学青年科技人才支持项目（编号JYQT202404）的支持。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。