引言

“远郡卧残疾，凉气满西楼”，中枢神经系统（central nervous system，CNS）损伤后带来的不仅是身体上病痛，更多的是失去了对生活的希望、放弃了对美好的向往。就算是对世界充满善意的史铁生先生在双腿瘫痪后，脾气也曾变得暴怒无常，无助的喊道：“我可活什么劲！”而目前的研究有望拯救这一切，2022年9月，Matthew J. Taylor等人在Science Advances上发表了题目为Inhibition of Chk2 promotes neuroprotection, axon regeneration, and functional recovery after CNS injury的文章，他们发现抑制控制DNA双链断裂（double-strand breaks，DSBs）的ATM-Chk2通路能够促进CNS损伤后的神经再生与功能修复^[1]。

在许多急性和慢性的神经疾病中都会发生DSBs，而一旦未能修复，它们则形成一系列的DNA损伤应答（DNA damage response，DDR），导致神经元功能障碍、衰老甚至凋亡。MRN（Mre11, Rad50, 和NBS1/Nbn蛋白组成的复合蛋白）能够监测到DSBs，能和共济失调突变激酶（ataxia telangiectasia–mutated kinase，ATM kinase）结合，促进ATM的自我磷酸化。ATM激活测点激酶-2（checkpoint kinase-2，Chk2），从而引发DNA损伤应答。因此，当抑制CNS损伤后神经元的ATM-Chk2通路后，会抑制神经元的凋亡、促进神经元的再生。ATM-Chk2通路能够调节DSBs的非同源末端连接（nonhomologous end joining，NHEJ）修复和同源重组修复（HRR），而ATR-Chk1通路只能够在姐妹染色单体存在时调节HRR，因此ATM-Chk2是调节神经元损伤修复的主要通路^[2-3]。

结果

01 在果蝇中敲低ATM和Chk2对神经元有保护作用

为了探究敲低ATM和Chk2对神经元有保护作用，作者选用了成年果蝇神经元中表达的Aβ_1-42（amyloid beta）能够引起DSBs的慢性淀粉样蛋白毒性（amyloid toxicity）的果蝇模型。通过RNAi分别来敲低ATM（图1 A）和Chk2（图1 B）能够明显减缓果蝇惊跳反射（startle response）的降低速率，并且能够延长慢性淀粉样蛋白毒性果蝇的寿命（图1 E-F）。说明在果蝇中抑制Chk2通路对受损神经元起到了明显的保护作用。

图1 在慢性淀粉样蛋白毒性果蝇中抑制Chk2通路会维持神经元功能并增加果蝇寿命

02 抑制Chk2通路促进体外条件下的神经元存活和轴突再生

既然抑制Chk2通路能够在慢性神经疾病中能够起到保护神经元的作用，而DSBs同时也是急性神经创伤的特征，那么抑制Chk2通路应该同样能够起到修复神经元的作用。由于ATM-Chk2通路和ATR-Chk1通路在果蝇与哺乳动物中高度保守，因此，作者选用了大鼠的脊髓损伤（spinal cord injury，SCI）体外模

型进行探究。ATM通过对Chk2的Thr⁶⁸和Thr³⁸³位点进行磷酸化从而激活Chk2，而利用Chk2抑制剂Chk2i则能够抑制Thr⁶⁸和Thr³⁸³的磷酸化（图2 A-B），同时极大的增加了背根神经节神经元（dorsal root ganglion neurons，DRGN）的存活率（图2 C）以及DRGN的神经突的数量（图2 D）和长度（图2 E-F）。而抑制ATR-Chk1通路则对DRGN的存活没有影响（图2 C-F）。

图2 抑制Chk2通路促进体外条件下DRGN的存活和轴突再生

03 抑制Chk2通路促进了体内脊髓损伤（SCI）后轴突再生、可塑性和功能恢复

接下来，作者探讨了抑制Chk2活性能否促进大鼠脊柱损伤的T8脊髓背侧柱（DC）压碎损伤模型中的轴突再生、可塑性和功能恢复。

脊髓损伤后，Chk2i促进了DC轴突再生：在损伤后28天，Chk2在Thr68和Thr383位点被磷酸化，通过每周鞘内注射Chk2i以消除磷酸化（图3 A-B）；在损伤后6周，Chk2i促进了DC轴突再生（图3 C-D）。

脊髓损伤后，Chk2i改善了电生理、感觉和运动功能： DC损伤组消除了假处理对照组中观察到的正常复合动作电位（CAP）的迹线，而Chk2i治疗组显著地恢复了CAP迹线、CAP振幅和CAP面积（图3 E- G）；贴条感知与移除测试、爬梯过桥测试表明：Chk2i显著改善了感觉和运动功能（图3 H-I）。

图3 抑制Chk2促进了体内DC轴突再生

04 prexasertib促进了神经保护与功能恢复

prexasertib是一种有效的Chk1/Chk2抑制剂，目前已应用于癌症2期临床试验^[4]。在体内的脊髓损伤（SCI）DC模型中，prexasertib处理后显著抑制了pChk2^T68水平，显著改善了CAP迹线、CAP振幅（图4 A-D），并改善了假处理对照组中观察到的CAP面积的>80%（图4 E），且这些与感觉和运动功能（图4 F-G）的显著改善相关。

图4 体内使用prexasertib抑制Chk2可促进DC损伤后的功能恢复

此外，经电生理学、感觉与运动功能测试，在使用prexasertib治疗SCI时，立即治疗与损伤后24小时内治疗都能产生相同的功效（图5 A-E）。

图5 DC损伤后使用prexasertib立即治疗与24小时内治疗的效果等同

结语

综上，作者展示了Chk2作为一个新的治疗靶标，Chk2抑制剂以及药物prexasertib均可促进中枢神经系统损伤后的神经保护、轴突再生以及显著的功能恢复。针对Chk2的抑制是一种全新的方法，在神经损伤恢复领域具有巨大的潜力。

参考文献

[1] Taylor MJ, Thompson AM, Alhajlah S, et al. Inhibition of Chk2 promotes neuroprotection, axon regeneration, and functional recovery after CNS injury[J]. Science Advance. 2022, 8(37):eabq2611.

[2] Blackford AN, Jackson SP. ATM, ATR, and DNA-PK: The Trinity at the Heart of the DNA Damage Response[J]. Molecular Cell. 2017, 66(6):801-817.

[3] Tuxworth RI, Taylor MJ, Martin Anduaga A, et al. Attenuating the DNA damage response to double-strand breaks restores function in models of CNS neurodegeneration[J]. Brain Communication. 2019, 1(1):fcz005.

[4] Lee JM, Nair J, Zimmer A, et al. Prexasertib, a cell cycle checkpoint kinase 1 and 2 inhibitor, in BRCA wild-type recurrent high-grade serous ovarian cancer: a first-in-class proof-of-concept phase 2 study[J]. Lancet Oncology. 2018, 19(2):207-215.

本文作者：李丰组