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2025年6月28日，溫州醫科大學附屬第一醫院諸葛啟釧教授在Journal of Neuroinflammation發表：Genetically-engineered Salmonella typhimurium expressing FGF21 promotes neurological recovery in ischemic stroke via FGFR1/AMPK/mTOR pathway，揭示了表達FGF21的基因工程鼠傷寒沙門氏菌通過FGFR1/AMPK/mTOR通路促進缺血性卒中的神經功能恢復。

缺血性卒中（Ischemic Stroke, IS）仍是導致死亡和殘疾的主要原因之一，由于藥物難以遞送到缺血病灶治療選擇十分有限。為應對這一挑戰，本研究設計了一種基于工程化沙門氏菌的治療方法用于靶向藥物遞送并實現長期治療，以減輕缺血性損傷。作者構建了一種經過減毒并具有發光特性的鼠傷寒沙門氏菌（S.t-ΔpG）菌株并利用L-阿拉伯糖誘導的pBAD系統使其分泌具有生物活性的FGF21。使用C57BL/6小鼠模型在誘導缺血性卒中并注射S.t-ΔpG后，檢測神經元凋亡情況及免疫細胞活性。S.t-ΔpGFGF21能夠選擇性地定植于梗死周圍區域并分泌功能性FGF21，與對照組相比，顯著減少了神經功能缺損和腦梗死體積。機制研究表明，免疫熒光結果顯示，細菌分泌的FGF21激活了神經元中的FGFR1/AMPK/mTOR通路從而增強自噬作用；而自噬抑制則消除了其神經保護作用。此外，通過MAP2/NeuN與沙門氏菌共染色實驗，在原代神經元細胞和腦組織中驗證了細菌并未侵入神經元內部。關鍵的是，CD3/CD68免疫組化、血清細胞因子譜分析以及肝腎組織病理學檢查均證實了該方法的長期生物安全性。

圖一 沙門氏菌靶向并定植于腦梗死區域

鑒于已證實減毒鼠傷寒沙門氏菌（S.t-ΔpG）具有穿越血腦屏障（BBB）并在原位膠質瘤中增殖的能力，作者推測其兼性厭氧代謝特性將促使其優先定植于缺氧/壞死區域。為了無創追蹤細菌在體內的分布情況，作者將lux操縱子整合入工程化沙門氏菌的染色體中（S.t-ΔpGlux），使其能夠自發產生生物發光。LB平板上的發光信號證實了S.t-ΔpGlux獲得了自主發光的能力。隨后，作者將單獨菌落培養并靜脈注射到已建立大腦中動脈閉塞（dMCAO）卒中小鼠模型體內。通過活體成像系統檢測生物發光信號，結果顯示工程化沙門氏菌在腦梗死區域中聚集。生物發光信號隨著時間逐漸增強，在注射后第5天達到峰值，第7天開始下降并在約2周內逐漸消退，表明細菌在缺血組織中可持續增殖。為了驗證細菌對梗死病灶的特異性，在注射后第5天處死小鼠并取腦組織進行免疫熒光染色分析。結果顯示，密集的細菌群落僅定位于梗死區域，健康腦組織中未見細菌定植。

圖二 工程化沙門氏菌可改善卒中小鼠dMCAO后的神經功能缺損并減少腦梗死體積

已有研究表明，重組人FGF21可減輕局灶性缺血性卒中后的神經炎癥并改善神經功能預后。為了評估由細菌分泌的FGF21是否能在dMCAO模型中改善神經功能缺損，研究人員在小鼠卒中誘導后6小時靜脈注射減毒沙門氏菌S.t-ΔpGFGF21，并在細菌注射后24小時開始給予L-阿拉伯糖誘導劑，并持續給藥5天。在術后第1、3、5天縱向監測血清FGF21水平。實驗結果顯示，MCAO組小鼠血清FGF21略有升高，可能反映了機體的內源性應激反應，但在第5天已恢復至基線水平。而實驗組在第1天即出現FGF21快速升高，并在第5天仍維持較高水平。對照組則與模型組相似，說明FGF21的表達具有嚴格的誘導依賴性。神經功能缺損和感覺功能通過改良神經功能評分量表和轉棒實驗進行評估。實驗組自沙門氏菌注射后第3天起表現出更顯著的神經功能恢復。在卒中后第14天，該組的神經功能評分明顯優于對照組；同樣，在轉棒實驗中，實驗組小鼠從轉棒上掉落的潛伏時間顯著延長，顯示出更好的運動協調能力。這些結果表明，誘導表達的S.t-ΔpGFGF21促進了神經功能的恢復。尤為關鍵的是，實驗組在第5天時腦梗死體積顯著降低。這些結果證實，FGF21的分泌而非單純的細菌定植本身介導了神經保護作用。

圖三 工程化沙門氏菌可改善缺血性卒中后的長期恢復

通過第28天的TTC染色評估卒中后的長期恢復情況。結果顯示，與急性期的皮質水腫相比，慢性期出現了明顯的腦皮質萎縮。dMCAO組與未誘導的S.t-ΔpGFGF21組之間無顯著差異，表明單純細菌移植對卒中后的長期神經功能改善并無作用。相反，S.t-ΔpGFGF21誘導治療組的腦皮質萎縮區域顯著減少。因此，由細菌誘導分泌的FGF21在維持大腦皮質完整性、減少缺血性卒中后慢性期皮質萎縮方面具有長期療效。隨后，研究人員進行了NeuN染色以評估卒中后28天梗死灶周圍皮質神經元的存活情況。與假手術組相比，缺血損傷導致神經元數量顯著減少，且未誘導治療組之間無明顯差異；而接受S.t-ΔpGFGF21(+)治療的小鼠，其NeuN陽性細胞數量顯著增加。這些數據證實，由細菌誘導分泌的FGF21在促進缺血后皮質神經元長期存活方面具有顯著效果，有助于改善卒中后的長期恢復。

圖四 S.t-ΔpGFGF21感染對體重的影響及肝腎功能的定量分析

為了評估沙門氏菌感染對小鼠整體生理狀態的影響，研究人員監測了包括體重在內的多項生理指標。結果顯示，各組小鼠的體重恢復趨勢與僅接受dMCAO手術的對照組相似并在第12天趨于穩定。通過H&E染色對肝腎組織進行病理學分析，結果顯示所有實驗組均未出現明顯的組織結構損傷或細胞異常。為進一步評估肝腎功能的完整性，研究團隊檢測了標準血清毒性標志物。血清丙氨酸氨基轉移酶（ALT）和天門冬氨酸氨基轉移酶（AST）水平以及用于評估腎功能的血尿素氮（BUN）和肌酐（CREA）水平均處于正常范圍內。以上結果表明，這種減毒工程菌不會引起嚴重全身毒性反應。

本研究表明，由細菌分泌的FGF21通過作用于神經元上的FGFR1受體激活自噬過程，從而減少dMCAO引起的神經元凋亡，縮小梗死灶體積，并改善缺血性卒中小鼠的神經功能。綜上所述，該研究不僅為FGF21的神經保護作用提供了新的見解，還提出了一種全新的基于細菌的治療策略能夠靶向腦梗死區域并在局部實現長期治療效果，其優勢明顯優于傳統藥物治療，對缺血性卒中的臨床治療具有重要意義。

文章來源

https://doi.org/10.1186/s12974-025-03498-0