钙超载诱导的TLK2介导神经元死亡新机制：CaToptosis的发现及其在青光眼治疗中的潜在应用

时间：2025年4月11日

来源：Nature Communications

编辑推荐：

本期推荐：研究人员针对钙超载（calcium overload）与兴奋性毒性（excitotoxicity）的分子差异，聚焦哺乳动物同源基因TLK2在神经元死亡中的作用。通过RNA干扰和小分子抑制剂实验，发现TLK2通过形成LC8/Myosin IIA复合体引发核膜破裂（NE rupture），提出新型死亡途径"CaToptosis"。该研究不仅为阿尔茨海默病等神经退行性疾病提供新生物标志物，更在青光眼小鼠模型中证实TLK2靶向治疗的神经保护作用，为神经退行性疾病干预提供新策略。

在神经退行性疾病和脑衰老过程中，钙离子(Ca²⁺)稳态失衡导致的神经元死亡一直是未解之谜。传统观点常将钙超载(calcium overload)与兴奋性毒性(excitotoxicity)混为一谈，但两者在分子机制和病理特征上存在显著差异。首都医科大学基础医学院生物化学与分子生物学系的研究团队在《Nature Communications》发表突破性研究，首次揭示哺乳动物Tousled样激酶2(TLK2)介导的新型神经元死亡途径"CaToptosis"，为区分钙超载特异性通路提供了分子标志和治疗靶点。

研究采用多种关键技术：1）建立可诱导TLK2过表达的HEK293稳定细胞系和条件性基因敲除小鼠模型；2）使用Fura-2钙成像技术精确量化不同浓度离子霉素(ionomycin)处理的细胞内钙浓度([Ca²⁺]_i)变化；3）通过超分辨率STED显微镜观察核孔复合体与Myosin IIA的共定位；4）构建自互补AAV2病毒载体实现视网膜神经节细胞(RGCs)的特异性基因操作；5）应用视觉水迷宫评估青光眼模型小鼠的空间视力恢复情况。

研究结果揭示：1）钙超载特征分析发现，当[Ca²⁺]_i升高3.3-4倍时TLK2表达上调，而≥5.9倍时则激活calpain通路，首次确立TLK2作为钙超载特异性生物标志物。2）TLK2功能获得性机制研究表明，其通过磷酸化和多聚化增强激酶活性，诱发核膜破裂(NE rupture)、核增大和多核化等独特形态学改变。3）分子复合体解析发现TLK2与动力轻链LC8和非肌肉肌球蛋白IIA(Myosin IIA)形成功能复合体，通过磷酸化Myosin IIA破坏核膜完整性。4）青光眼模型验证显示，TLK2条件性敲除可显著保护NMDA(10 nmol)诱导的RGCs死亡，而shRNA敲降使视神经挤压(ONC)模型的RGCs存活率从30%提升至90%。5）细胞周期再进入(CCR)特征检测发现钙超载诱导神经元异常表达CyclinD1和EdU掺入，揭示TLK2介导的有丝分裂灾难(mitotic catastrophe)是死亡前关键事件。

讨论部分强调：1）"CaToptosis"的提出完善了细胞死亡分类体系，其特征性标志包括TLK2激活、NE破裂和CCR，不同于凋亡、坏死性凋亡等已知途径。2）该研究解释了为何增殖细胞能修复NE损伤而神经元不能，为神经退行性疾病的细胞选择性脆弱性提供新见解。3）在转化医学层面，靶向TLK2-LC8-Myosin IIA轴的小分子抑制剂（如promethazine）展现出治疗青光眼等钙超载相关疾病的潜力。4）研究建立的[Ca²⁺]_i阈值模型（3.3-4倍vs≥5.9倍）为区分慢性神经退行与急性缺血损伤提供了量化标准。

这项研究不仅发现TLK2是连接钙信号异常与神经元死亡的关键分子开关，更开创性地定义了"CaToptosis"这一新型死亡途径，为开发神经退行性疾病的精准诊疗策略奠定理论基础。未来研究可进一步探索TLK2在阿尔茨海默病等疾病中的时空激活模式，以及其与tau蛋白异常磷酸化的潜在交叉调控机制。