揭示Dnmt1通过调节Pon3表达来减轻脊髓损伤后S1PR1介导的细胞焦亡

脊髓损伤(SCI)作为一种严重的神经系统疾病,在临床治疗中仍面临严峻挑战。焦亡引发的神经炎症会加剧继发性损伤、神经元死亡,并阻碍脊髓损伤后的恢复,使其成为重要的病理因素。然而,其确切的病理生理机制尚不完全清楚。2025年8月30 日,南方医科大学珠江医院朱立新、Xu Wenning共同通讯在Advanced Science 在线发表题为“Dnmt1 Alleviates S1PR1-Mediated Pyroptosis after Spinal Cord Injury through Regulating Pon3 Expression”的研究论文。该研究首先利用生物信息学工具识别与脊髓损伤相关的关键靶点。随后的Western印迹和免疫荧光分析显示,Pon3表达呈时间依赖性下降,且主要定位于神经元细胞。相反,Dnmt1表达在脊髓损伤后呈现进行性增加。通过构建Pon3过表达病毒,证明Pon3过表达可减轻大鼠和PC12细胞中的焦亡。该过程促进自噬,显著改善大鼠脊髓损伤的预后,并提高PC12细胞的存活率。 mRNA测序和后续实验表明,Pon3抑制下游靶点S1PR1,促进自噬,从而抑制细胞焦亡。此外,通过使用Dnmt1抑制剂并敲除Pon3基因,研究表明Dnmt1通过调节Pon3表达来减轻脊髓损伤引起的细胞焦亡。总之,该研究揭示了Dnmt1通过调节Pon3表达来减轻脊髓损伤后S1PR1介导的细胞焦亡。

脊髓损伤 (SCI) 是一种严重的神经系统疾病。机械损伤或疾病过程导致脊髓组织损伤,不仅会导致损伤平面以下的感觉和运动功能障碍,严重者可导致截瘫或四肢瘫痪,还会引发一系列并发症,如呼吸功能障碍、泌尿道感染、压疮等。这些后果严重加重了患者及其家属的负担。近年来,大量研究表明,全球 SCI 患者超过百万,且每年新增病例数超过 1 万例。尽管现有医学研究和外科治疗取得了显著进展,但对于严重 SCI 相关的神经功能缺损,目前仍缺乏有效的治疗方法。SCI 可分为原发性损伤和继发性损伤。炎症和细胞焦亡是继发性损伤后的重要影响因素。现有证据表明,由Caspase-1/4/5/11激活介导的细胞焦亡是一种促炎性调节性细胞死亡。在生理条件下,细胞焦亡是机体先天免疫防御机制的重要组成部分。它使机体能够清除被病原体感染的细胞,并启动炎症反应,募集免疫细胞至感染部位。然而,在病理状态下,过度的细胞焦亡可能导致炎症性疾病的发生和发展,例如血管病变、进行性神经系统疾病和慢性消化系统炎症。研究表明,自噬可以调节轴突再生,减轻神经损伤,从而发挥对脊髓损伤(SCI)的神经保护作用。此外,研究表明,恢复自噬通量可以通过抑制细胞焦亡来促进脊髓损伤后的恢复。因此,缓解这一病理过程对于脊髓损伤的治疗至关重要。然而,脊髓损伤后细胞焦亡的调控机制仍不清楚,值得进一步研究。PON家族包含三种酶,分别为对氧磷酶1(Pon1)、对氧磷酶2(Pon2)和对氧磷酶3(Pon3),它们主要发挥抗炎和抗氧化作用。其中,Pon3参与多种生理过程,包括增殖调控、衰老诱导以及凋亡/坏死性凋亡信号转导级联。研究表明,Pon3可以穿过血脑屏障并作用于巨噬细胞,从而发挥其抗氧化作用。此外,其他研究表明,Pon3可以与泛醌(泛醌的供体)结合,抑制超氧化物的产生,从而减轻炎症并在动脉粥样硬化中发挥作用。此外,有证据表明,Pon3可以通过抑制细胞增殖来减缓癌症的进展。研究表明,Pon3功能的丧失可能导致阿尔茨海默病的发展。此外,Pon3 可能有助于维持神经髓鞘的完整性,并保护神经免受神经毒性作用。此外,Pon3 抗氧化功能的丧失会导致脂质过氧化,从而损害神经元,最终加剧肌萎缩侧索硬化症。然而,目前尚无研究深入探讨Pon3 在脊髓损伤 (SCI) 中的作用。作者的初步研究表明,Pon3 的表达在脊髓损伤后 1 天显著增加,并且主要在神经元细胞中表达。这种时间和细胞特异性的表达模式强烈表明 Pon3 可能参与了脊髓损伤后的病理生理级联反应。鉴于这些发现,系统地研究 Pon3 在脊髓损伤中的功能意义和分子机制至关重要。DNA甲基化作为一种关键的表观遗传调控因子,通过对基因组DNA进行可逆的共价修饰,动态调控转录活性和细胞特化。研究表明,DNA甲基转移酶1(Dnmt1)在多种疾病的发病机制、临床诊断和治疗中发挥着至关重要的作用,并揭示了其在维持细胞稳态中的核心调控功能。此外,另有研究表明,Dnmt1参与调控多种基础生物学过程,包括基因组低甲基化、基因组稳定性维持和细胞周期进程。其功能异常可导致细胞毒性反应和细胞分化异常等病理改变。此外,DNA甲基化还参与脊髓损伤后轴突再生和炎症等病理过程。研究表明,与脊髓损伤后轴突再生相关的特定分子受到DNA甲基化水平的影响。此外,DNA甲基化还调节集落刺激因子1(CSF1)的水平,从而诱发脊髓神经炎症。综上所述,这些发现表明DNA甲基化在脊髓损伤(SCI)的病理过程中起着至关重要的作用。然而,Dnmt1与脊髓损伤后细胞焦亡相关的机制尚不清楚。因此,该研究旨在探讨三个关键问题:1)Pon3是否在脊髓损伤进展中发挥关键作用;2)Pon3与脊髓损伤病理级联中细胞焦亡的机制关系;3)Dnmt1介导的表观遗传调控是否控制Pon3的表达并促进脊髓损伤后的功能恢复。基于作者前期的研究,该研究提出一个假设:Pon3通过Dnmt1介导的表观遗传调控影响脊髓损伤后细胞焦亡和自噬之间的平衡。

图1 脊髓损伤后Pon3的时间变化和空间定位(图源自Advanced Science)参考消息:https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202507330