维生素B12通过表观遗传机制激活RUNX2基因，促进缺血性中风后的纤维母细胞重塑及功能恢复

《Biochemical Pharmacology》：Vitamin B12 drives reparative fibroblast remodeling and functional recovery after ischemic stroke via epigenetic activation of RUNX2

　　

杨宏伟|文颖|唐浩|杨庆焕|郭树良|杨秦|文俊

中国重庆医科大学附属第一医院呼吸与重症医学科

摘要

缺血性中风仍然是导致长期神经功能障碍的主要原因，而在亚急性阶段促进大脑修复的有效策略仍然有限。本研究通过临床患者队列、成年雄性C57BL/6J小鼠模型以及体外成纤维细胞模型，发现维生素B12是缺血后修复性重塑和功能恢复的代谢调节因子。维生素B12缺乏与更严重的中风、神经功能恢复受损以及修复性纤维化重塑减弱有关，而在生理营养条件下补充维生素B12则可以改善神经功能恢复并增强修复性纤维化重塑。机制上，维生素B12恢复了成纤维细胞的代谢稳态，增加了细胞内乙酰辅酶A的可用性，增强了H3K27的乙酰化，上调了RUNX2的表达，增强了RUNX2与p300的相互作用，并激活了RUNX2依赖的成纤维细胞程序。抑制RUNX2或药物抑制组蛋白乙酰化会减弱成纤维细胞的激活，并减弱维生素B12的修复促进作用。此外，在维生素B12缺乏的小鼠中，优先针对成纤维细胞相关细胞的RUNX2过表达能够改善缺陷的修复性重塑。这些发现揭示了一种维生素B12依赖的代谢和表观遗传机制，该机制激活了RUNX2相关的成纤维细胞反应，支持缺血性中风后的亚急性大脑修复。

引言

缺血性中风是全球主要的死亡和长期残疾原因之一，这主要是由于急性缺血损伤后神经元损伤不可逆以及功能恢复能力有限[1]。尽管急性再灌注疗法取得了显著进展，但仍有相当比例的中风幸存者持续存在神经功能缺陷[2]，这凸显了迫切需要确定促进脑缺血后恢复的生物学机制。

维生素B12（钴胺素）是一种水溶性微量营养素，对一碳代谢和维持神经稳态至关重要[3]、[4]、[5]。维生素B12缺乏与高同型半胱氨酸血症和脑血管疾病风险增加有关[6]、[7]。我们之前的研究进一步表明，血清维生素B12水平低是缺血性中风的独立风险因素，早期补充维生素B12可以部分改善短期临床结果[8]、[9]。然而，尽管有越来越多的流行病学证据将维生素B12状态与中风风险和预后联系起来，但维生素B12是否以及如何直接影响缺血后的大脑修复仍不清楚。

缺血性脑损伤后的恢复涉及复杂的组织重塑过程，这些过程超出了神经元存活和再生的范围[10]。除了已充分研究的胶质细胞反应[11]、[12]、[13]外，越来越多的证据表明纤维化反应也参与了中枢神经系统的修复[14]、[15]、[16]。虽然传统上认为纤维化瘢痕是轴突再生的物理和化学障碍，但包括我们团队在内的最新研究表明，成纤维细胞不仅在损伤早期和亚急性阶段具有抑制作用，还积极塑造了损伤微环境[14]、[15]、[17]、[18]。通过与免疫细胞的动态相互作用，成纤维细胞有助于组织稳定和功能恢复[14]，这表明纤维化瘢痕形成在缺血性中风后的修复过程中具有阶段依赖性和情境特异性。然而，调控缺血性中风后成纤维细胞激活和亚急性纤维化重塑的分子机制仍大部分未明确。

组织损伤后成纤维细胞会被激活并分化为肌成纤维细胞，驱动细胞外基质的沉积和受损组织的结构重塑[14]。这些功能转变从根本上依赖于转录重编程，而转录重编程受到细胞代谢状态和表观遗传修饰的严格调控，尤其是与一碳代谢相关的修饰[19]、[20]。然而，代谢改变、表观遗传调控和成纤维细胞转录控制之间的相互作用在缺血性中风背景下的相互作用尚未得到系统研究。

Runt相关转录因子2（RUNX2）是一种已知能调节多种纤维化条件下成纤维细胞激活和细胞外基质产生的转录因子，其转录活性受到表观遗传机制的严格调控，尤其是组蛋白乙酰化[21]、[22]。鉴于维生素B12在一碳代谢和表观遗传稳态中的核心作用[3]、[4]、[5]，我们假设维生素B12可能通过代谢-表观遗传机制调节RUNX2的表达和活性，从而影响缺血性中风后成纤维细胞介导的修复反应和亚急性纤维化瘢痕的形成。为了验证这一假设，我们将临床分析与体内缺血性中风模型和体外机制研究相结合。我们的发现揭示了维生素B12在协调缺血后大脑修复中的新作用，即通过恢复乙酰辅酶A的可用性、增强H3K27的乙酰化以及激活RUNX2依赖的成纤维细胞程序，突出了维生素B12-RUNX2信号通路作为促进缺血性中风后功能恢复的潜在治疗轴。

章节摘录

研究对象

本研究是一项观察性临床调查。研究对象为2023年10月1日至12月1日期间入住重庆医科大学附属第一医院神经科的急性缺血性中风（AIS）患者。

AIS患者的纳入标准如下：（1）年龄在18至85岁之间；（2）根据既定标准[23]确诊为急性脑梗死，并通过颅脑磁共振成像得到证实。

维生素B12缺乏与缺血性中风严重程度增加和不良神经结局相关

鉴于维生素B12（VB12）缺乏与脑血管疾病风险和神经功能障碍有关[5]，我们首先评估了急性缺血性中风患者的血清VB12水平。NIHSS或mRS评分较高的患者表现出显著较低的血清VB12浓度（图1 A,B）。Spearman相关性分析进一步表明，血清VB12水平与NIHSS和mRS评分均呈负相关（图1 C,D）。

鉴于...

讨论

代谢状态越来越被认为是中风易感性和结局的重要决定因素[28]、[29]、[30]，但特定代谢因素如何影响缺血后大脑修复的机制仍不完全清楚。通过综合临床分析、体内缺血性中风模型和体外机制实验，我们发现维生素B12不仅是一种营养标志物或风险指标，还是内源性...

出版同意

不适用。

作者贡献

杨宏伟负责实验的设计和实施。杨宏伟和吴杰进行了实验操作。吴勇分析了数据。唐浩和杨庆华提供了试剂/材料/分析工具。杨宏伟和吴杰撰写了初稿。顾国胜和杨庆进行了严格的审稿和修订。所有作者都阅读并批准了最终稿件。

CRediT作者贡献声明

杨宏伟：撰写——原始稿件、方法学、研究设计、数据分析。文颖：研究实施、数据管理。唐浩：研究实施。杨庆焕：资源提供。郭树良：撰写——审稿与编辑、监督、概念构思。杨秦：资源提供。文俊：撰写——审稿与编辑、监督、项目管理、概念构思。

伦理批准

本研究在开始前获得了重庆医科大学医院的伦理委员会批准（批准编号：K2023-270），并遵守了《赫尔辛基宣言》。动物实验的伦理批准由重庆医科大学动物伦理委员会授予（批准编号：IACUC-CQMU-2023-03015）。

资助

本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：82171456和81971229）和重庆医科大学附属第一医院的资助，以及重庆医科大学附属第一医院的博士创新项目（项目编号：CYYY-BSYJSCXXM-202309）的支持。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。