研究概述

本研究题为“Impaired microglial glycolysis promotes inflammatory responses after intracerebral haemorrhage via HK2-dependent mitochondrial dysfunction”，发表于Journal of Advanced Research期刊，目前已通过开放获取许可（CC BY-NC-ND 4.0）。主要作者包括Yin Li、Hang Zhou、Xuchao He等，研究主要由浙江大学医学院第二附属医院神经外科和神经疾病精准治疗及临床转化研究重点实验室团队完成，并且获得了来自杭州市第一人民医院及其他相关机构的支持。本文探讨了脑微出血（Intracerebral Haemorrhage, ICH）后小胶质细胞的糖酵解功能障碍如何通过与线粒体功能相关的调控机制影响炎症反应。

学术背景

脑微出血（ICH）是一种严重的脑血管疾病，其病因复杂且极具致死率。当前，针对ICH的有效治疗手段较为有限，这促使研究者深入探索其潜在病理机制。研究表明，ICH的主要损伤机制包括原发性脑损伤（血肿对脑组织的压迫）和继发性脑损伤（主要由血液成分的释放和免疫系统的过度激活引起）。在继发性损伤中，小胶质细胞（Microglia）作为中枢神经系统的固有免疫细胞，扮演了重要的防御角色，其功能恢复在ICH后的神经康复中具有关键作用。

小胶质细胞的功能活动强烈依赖于葡萄糖代谢。然而，关于ICH后小胶质细胞葡萄糖代谢的具体状态及其与炎症反应之间的相互关系，目前的研究相对有限。为填补这一空白，本文以揭示ICH后小胶质细胞糖酵解紊乱及其对炎症放大的潜在机制为目标。

方法与研究流程

本研究通过一系列综合实验探讨了ICH后小胶质细胞的糖酵解变化及其对炎症的影响，研究分为多个步骤，具体流程如下：

1. 动物模型建立

实验采用小鼠ICH模型，以胶原酶注射诱导右基底节区的脑微出血。实验对象为C57BL/6雄性小鼠，在等温环境下麻醉后，注入适量溶解的胶原酶。为了排除胶原酶本身的占位效应（space-occupying effect），研究同时设计了通过向脑组织注射生理盐水的对照组（Vehicle Group）。分别在建模后第3天和第7天进行数据采集。

2. 葡萄糖代谢测试

通过正电子发射断层扫描（FDG-PET）分析局部葡萄糖代谢状态。三维感兴趣区域（ROI）在脑横断面中手动绘制，并计算脑血肿周围（perihaematomal）区域与对侧同一区域FDG吸收值的比值（rFDG uptake）。此外，对行为进行以下定量测试以评估神经损伤：转角测试（Corner Turn Test）、圆柱测试（Cylinder Test）和前肢定位测试（Forelimb Placement Test）。

3. 细胞层面分析

通过荧光激活细胞分选（FACS）分离ICH模型中不同细胞类型，包括小胶质细胞、星形胶质细胞和其他非特定细胞，随后进行伽马射线计数以测量18F-FDG的摄取量。同时，使用13C标记葡萄糖同位素示踪法评估单细胞水平上的糖酵解代谢路径。

4. 能量代谢的靶向代谢组学

进一步分析暴露于红细胞（红色血细胞, RBCs）的小胶质细胞能量代谢情况。利用13C标记的葡萄糖进行代谢跟踪、分析早期糖酵解产物葡萄糖-6-磷酸（G-6-P）及三羧酸循环（TCA cycle）相关中间产物的变化。

5. 关键蛋白表达及功能调控

通过qRT-PCR和Western Blot等方法分析GLUT1与HK2在小胶质细胞中的表达水平，并分别设计了GLUT1过表达质粒转染和HK2失活实验。此外，分别使用3-溴丙酸（3-BP）和洛尼达明（Lonidamine）对HK2活性进行阻断。

6. 炎症因子与线粒体功能测试

采用酶联免疫吸附测定（ELISA）测定多种炎症因子水平，包括IL-1β、IL-6和TNF-α，同时利用JC-1染料和MitoSOX染料分析线粒体膜电位及活性氧（ROS）生成。

主要结果

1. FDG代谢减弱与神经功能障碍的相关性 在FDG-PET扫描中，ICH模型小鼠在第3天表现出脑血肿周围区域显著的FDG吸收下降。行为学测试结果表明，rFDG值的下降与神经功能缺损（例如前庭协调和运动控制障碍）存在显著相关性。

2. 小胶质细胞葡萄糖吸收受损 在伽马射线计数中，小胶质细胞FDG摄取的显著下降是导致脑血肿周围区域FDG吸收下降的主要原因。进一步的细胞分选与体外实验（RBCs暴露）验证了该结果。

3. GLUT1与HK2的作用 小胶质细胞中GLUT1（一种主要葡萄糖转运体）的表达在ICH后第3天显著下降，但与炎症因子的调控无直接联系。相比之下，HK2在ICH后表达和酶活性显著下调，其介导的G-6-P生成减少与糖酵解障碍直接相关。

4. HK2与线粒体功能及炎症反应 HK2失活通过降低线粒体膜电位，促使ROS积累，导致更高水平的促炎因子表达。实验结果表明HK2的恢复性过表达能够逆转这些效应。

5. 药理学模拟 使用HK抑制剂的动物试验显示，洛尼达明治疗组的小鼠表现出更严重的神经功能损伤及微胶质炎症加剧。

研究结论及意义

本研究首次揭示了ICH后小胶质细胞早期糖酵解的障碍及其炎症反应放大的潜在机制。研究表明，HK2表达下调是G-6-P含量减少的关键因素，其通过线粒体功能的破坏显著促进了炎症发生和氧化损伤。这些发现不仅深化了对ICH后微环境的代谢及免疫调控机制的认知，还为开发以HK2为潜在靶点的新型治疗策略提供了理论依据。

研究亮点

• 使用高度精确的13C同位素示踪结合靶向代谢组学技术，首次揭示ICH后小胶质细胞糖酵解障碍。
• 确定了HK2下调对线粒体功能及炎症放大的关键调节作用。
• 通过结合FDG-PET及行为学测试，阐明了ICH后神经功能障碍与局部葡萄糖代谢异常之间的相关性。

展望与价值

本研究为ICH领域提供了全新的视角，揭示ICH后微环境中代谢与炎症间的复杂联动关系。此外，本研究的代谢调控路径具有广泛的科学价值，对开发治疗神经炎症、氧化应激相关疾病的精准干预方法亦有潜在应用意义。