目的：腺苷是大脑中关键的代谢和神经调节因子。脑卒中后，会形成一个富含腺苷的免疫抑制微环境，这使得腺苷通路成为提高脑卒中免疫治疗疗效的关键治疗靶点。本研究旨在解决阻碍腺苷疗法转化的知识空白，总结细胞外和细胞内腺苷代谢的综合网络，并重点阐述脑损伤中星形胶质细胞腺苷代谢的动态变化以及嘌呤转换酶作为脑缺血性卒中治疗靶点的潜力。
方法：研究人员对过去二十年的现有研究进展进行了全面的总结和分析，重点关注腺苷代谢网络（细胞外和细胞内）、腺苷代谢酶、亚细胞区室代谢途径、脑损伤期间星形胶质细胞中腺苷代谢的动态变化，以及嘌呤转换酶在缺血性脑卒中中的作用。研究人员还回顾了当前腺苷相关疗法（例如靶向P2Y12的药物）的局限性和现有的知识空白。
结果：脑卒中后，垂死和应激的神经元细胞增加了ATP的释放，ATP被细胞外酶转化为腺苷，形成富含腺苷的免疫抑制微环境。P2Y受体（一种ADP受体）作为缺血性脑卒中的重要药物靶点已被广泛研究，但替格瑞洛（靶向P2Y12）等治疗方法与严重出血相关。关键的知识空白包括缺乏对大脑中腺苷通路的细胞类型特异性调节以及对细胞区室化腺苷代谢的考虑不足。此外，星形胶质细胞的腺苷代谢在脑损伤期间会发生动态变化，嘌呤转换酶显示出作为缺血性脑卒中新型治疗靶点的潜力。
结论：腺苷代谢形成了一个涉及细胞外和细胞内过程的综合复杂网络，具有不同的代谢酶和亚细胞区室通路。星形胶质细胞中腺苷代谢的动态变化和嘌呤转换酶对于开发基于腺苷的缺血性脑卒中疗法至关重要。解决现有的知识空白（例如细胞类型特异性调节和区室化代谢）对于克服当前临床试验的困难并促进腺苷疗法在脑卒中中的转化至关重要。
1 引言
大脑梗死后，脑区的修复过程始于一系列精心编排的复杂事件。此过程始于神经元损伤，进而触发强烈的炎症反应（包括A1型反应性星形胶质细胞释放炎症介质），这有助于降解和清除受损细胞及细胞外基质成分。随后炎症的消退会触发修复反应，主要涉及A2型反应性星形胶质细胞的激活以及通过分泌细胞外基质成分（特别是硫酸软骨素）形成胶状瘢痕。胶质瘢痕可以作为物理和化学屏障限制损伤区域，从而起到保护作用。然而，持续的胶质瘢痕形成限制了神经元细胞的再生修复，导致不可逆的脑卒中损伤。星形胶质细胞通过提供代谢支持、抗氧化剂和分泌神经相关因子，与神经元细胞进行密切的相互作用。因此，对星形胶质细胞激活的精确、及时调控和消退是脑损伤后修复与愈合质量的关键决定因素。在脑损伤状态下，腺苷代谢及其调控机制对于反应性星形胶质细胞的形成和维持至关重要，本综述将探讨大脑中腺苷代谢的定义以及在脑损伤状态下星形胶质细胞腺苷代谢调节的证据，这可能是治疗性脑损伤修复的新靶点。
2 脑损伤期间的细胞外腺苷代谢
腺苷代谢表现出显著的区域化，其作为细胞外信号分子的作用已在包括中枢神经系统神经传递在内的多个系统中得到确认。在缺血性脑损伤的背景下，内源性ATP（iATP）会因细胞坏死、凋亡和应激而释放到细胞外空间。细胞外ATP（eATP）作为一种损伤相关分子模式（DAMPs），促进免疫细胞向组织损伤部位的募集和浸润。eATP和腺苷水平在脑损伤引起的急性细胞应激下显著增加。eATP的主要代谢命运涉及通过一系列酶促反应将其转化为细胞外腺苷，这对于减轻炎症和促进组织损伤后从炎症阶段向修复阶段过渡至关重要。经典的腺苷形成途径涉及通过一系列水解酶（主要是通过CD39将eATP转化为eADP和eAMP）连续代谢ATP。此外，新证据表明，负责环鸟苷酸-腺苷酸合成酶-干扰素基因刺激因子（cGAS-STING）通路的ENPP1能将eATP直接水解为eAMP。随后，细胞外5‘-核苷酸酶Nt5e（也称为CD73）执行将AMP转化为腺苷的最后一步。除了经典的eATP-腺苷水解转化途径外，细胞外腺苷还可以从CD38依赖的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）转化而来，然后ADPR被ENPP1转化为AMP，参与细胞外腺苷的产生。腺苷有多种去向，包括在腺苷脱氨酶（ADA）催化下形成肌苷，并最终在嘌呤核苷磷酸化酶（PNP）作用下转化为次黄嘌呤。此外，腺苷可以通过细胞膜核苷转运蛋白（包括四种能量非依赖的平衡性核苷转运蛋白ENT1-ENT4和三种钠依赖的浓缩性核苷转运蛋白CNT1、CNT2和CNT3）被摄取和转运入细胞。腺苷还可以通过腺苷酸激酶（AK）和核苷二磷酸激酶（NDPK）反应再生ATP，这为及时的炎症产生和消退以及细胞外能量供应提供了支持。
3 腺苷代谢酶在星形胶质细胞中的作用
3.1 CD39
CD39，也称为外核苷三磷酸二磷酸水解酶-1（ENTPDase-1），由ENTPD1基因编码。这种跨膜蛋白以Ca2+和Mg2+依赖的方式水解ATP和ADP。CD39在包括内皮细胞和成纤维细胞在内的各种免疫和非免疫细胞中均有表达，并与多种小鼠缺血模型（包括脑、肾、心肌和肠道）相关。除了其将ATP和ADP转化为腺苷的潜在作用外，血管细胞中的CD39还被报道通过代谢血小板释放的ATP和ADP来减少血小板活化和募集。近年来，大量研究强调了CD39在脑损伤进展中的作用。敲除小鼠CD39会增加脑梗死体积，而补充重组可溶性人CD39则可恢复缺血后脑灌注，从而减轻脑损伤的严重程度。此外，系统性过表达CD39或其特异性在髓系细胞中过表达，可导致脑缺血后神经功能缺损减轻。然而，也有研究表明，CD39的过表达会增强腹侧海马锥体神经元的过度兴奋性，可能增加焦虑和抑郁的风险。因此，针对缺血后大脑中特定细胞类型的CD39进行干预治疗可能有益于限制梗死范围，同时最大限度地减少副作用。最近研究发现，通过Mdivi-1预处理增加星形胶质细胞表面的CD39表达，可以限制缺血性脑损伤的范围。此外，星形胶质细胞内ShcC/N-Shc（Rai）的缺陷增强了CD39的表达和活性，使星形胶质细胞极化为神经保护表型。因此，靶向星形胶质细胞递送具有CD39样水解酶活性的化合物可能是一种有前景的策略。
3.2 CD73
CD73，也称为细胞外5‘-核苷酸酶，由NT5E基因编码，是一种位于细胞表面的多功能跨膜糖蛋白，可催化AMP转化为细胞外腺苷。CD73通过糖基磷脂酰肌醇（GPI）锚定在质膜上，作为细胞外腺苷产生的关键酶，在星形胶质细胞的功能调节中起着至关重要的作用。CD73在包括肝细胞、成纤维细胞、内皮细胞、淋巴细胞和近端肾小管上皮细胞在内的多种生物体的细胞表面广泛表达。最近的人脑单细胞测序显示，CD73在星形胶质细胞和少突胶质前体细胞中大量表达。此外，CD73在对缺氧反应基因（如HILPDA）呈强阳性的星形胶质细胞中尤为突出，这表明缺氧可能是CD73表达的额外驱动因素，特别是在脑供血不足的情况下。在大脑炎症进展过程中，反应性星形胶质细胞显著上调CD73并表达各种CD73变体。这些细胞主要集中
在脱髓鞘区域，因此推测星形胶质细胞中的CD73在脑损伤后髓鞘损伤的恢复和神经元信号传导的重建中起关键作用。此外，通过各种方式对星形胶质细胞中CD73进行药理学抑制，会导致细胞行为受到差异性调节。具体而言，通过添加α,β-亚甲基ADP（APCP）抑制CD73的催化活性并未直接影响星形胶质细胞的迁移能力，但确实减少了细胞增殖并改变了A1R受体的表达水平。这种改变可以通过补充腺苷来逆转，这突显了CD73介导的细胞外腺苷池对于星形胶质细胞响应缺血而募集到损伤部位的必要性。有趣的是，用多克隆抗CD73抗体或CD73小干扰RNA处理星形胶质细胞会增加划痕愈合实验中的迁移速率。这表明CD73可能具有独立于腺苷产生的冗余作用，可能作为细胞外基质和细胞内信号事件之间的桥梁，从而影响星形胶质细胞的增殖和迁移状态。
3.3 CD38
CD38是一种II型跨膜糖蛋白，其特征是短的N端胞质尾、跨膜结构域和位于细胞外区的C端区域。CD38以NAD+为底物产生环状ADP-核糖（cADPR），最终在ENPP1存在下为腺苷的产生贡献AMP。研究表明，CD38在大脑发育过程中高度表达，特别是在星形胶质细胞中，CD38的缺陷会导致小鼠星形胶质细胞和少突胶质细胞发育受损。初步研究表明，星形胶质细胞可以通过“隧道纳米管”（TNTs）直接将功能性线粒体转移到受损神经元，从而增加其ATP水平并显著改善神经功能。此过程依赖于CD38介导的NAD+信号通路和线粒体运动蛋白Miro1。干扰CD38信号转导会抑制小鼠局灶性脑缺血模型中星形胶质细胞向神经元的线粒体转移，并伴随着梗死区域神经可塑性标记物GAP43的显著减少和神经系统的进行性恶化。值得注意的是，α-突触核蛋白（α-Syn）聚集体增加了星形胶质细胞和神经元细胞之间的整体TV介导的连接性。然而，星形胶质细胞中MFN2的减少有助于与年龄相关的线粒体转移效率降低，从而损害血脑屏障的完整性。此外，星形胶质细胞低密度脂蛋白受体相关蛋白1（LRP1）通过减少乳酸产生和ADP-核糖基化因子1（ARF1）的乳酰化，促进星形胶质细胞向神经元的线粒体转移。抑制星形胶质细胞LRP1会减少线粒体向受损神经元的转移，并加剧小鼠缺血性卒中模型中的缺血-再灌注损伤。人参皂苷Rb1单体成分的给药可以促进星形胶质细胞中线粒体向神经元的转移，而颅内敲除CD38则会限制人参皂苷Rb1的神经保护作用。破坏CD38信号会抑制局灶性脑缺血小鼠模型中从星形胶质细胞到神经元的线粒体转移。此外，CD38信号在介导反应性星形胶质细胞的代谢和线粒体应激中起着关键作用。炎症诱导的代谢和线粒体应激可以通过调节CD38环化酶/水解酶活性来解决。TNFα刺激后，星形胶质细胞中CD38表达显著增加，伴随着NAD+/NADH比率降低和线粒体碎片化增加，导致了一种独特的反应性星形胶质细胞表型。然而，另一项研究表明，反应性星形胶质细胞中过度的CD38表达会促进促炎性转录重编程，并增强炎性单核细胞的趋化潜能。因此，必须仔细评估CD38信号在体内星形胶质细胞中的有益作用以及在免疫细胞中的有害作用。此外，由于CD38调节细胞内和细胞外的NAD+，因此需要通过检查细胞外与细胞内NAD+的比率来进一步评估星形胶质细胞中CD38活性对脑损伤后病理方面的影响。
4 细胞外腺苷转运在参与脑损伤进展的星形胶质细胞中的调节
细胞外腺苷可以通过两种类型的核苷转运蛋白进入细胞：来自SLC29家族的平衡性核苷转运蛋白（ENT）和来自SLC28家族的浓缩性核苷转运蛋白（CNT）。此外，腺苷可以通过激活位于细胞表面的腺苷受体来影响细胞行为。
4.1 ENT和CNT
CNT是一种进化上保守的各向同性转运蛋白，由三种钠依赖的浓缩性核苷转运蛋白亚型组成：CNT1、CNT2和CNT3。相比之下，ENT是一种钠独立的单向转运蛋白，包括四个典型的家族成员：ENT1到ENT4。ENT的各个亚型在整个生物体中广泛表达，尽管在不同组织中的丰度不同。ENT和CNT在核苷酸补救合成途径以及细胞外腺苷的摄取和细胞内腺苷的流出中起着至关重要的作用。ENT和CNT也负责在各种疾病状态下细胞对核苷类似物的摄取。此外，ENT和CNT对于星形胶质细胞的调节至关重要。星形胶质细胞特别擅长核苷代谢和非代谢依赖性摄取。ENT已被证明可促进腺苷的摄取，这对于星形胶质细胞再生ATP至关重要，而ATP对脑损伤的管理至关重要。例如，SIN-1（3-吗啉代斯德酮亚胺）诱导的氧化应激会损害星形胶质细胞中ENT1的功能，但不影响其表达。这种损伤导致大脑中细胞外腺苷水平升高。此外，在葡萄糖和氧气剥夺条件下培养的分离的原代星形胶质细胞中，证明了升高的细胞外腺苷水平与ENT1的转运受损。这可能反映了大脑在急性应激期间的一种代偿性保护机制，有助于防止持续和扩大的炎症损伤。值得注意的是，最近的研究表明，用小分子抑制ENT1可以防止阿尔茨海默病小鼠的空间记忆衰退。这表明，在星形胶质细胞中控制腺苷摄取的受限，对于防止初始脑损伤和维持神经元可塑性是有益的。
5 星形胶质细胞中腺苷受体依赖的腺苷作用
缺血性脑卒中后，升高的细胞外腺苷浓度通过四种G蛋白偶联的腺苷受体A1R、A2aR、A2bR和A3R影响神经保护和神经退行性结果。然而，目前对这些受体的研究结果存在矛盾。例如，激活和抑制A2bR受体都被报道可以减少脑损伤的进展。由于腺苷介导的脱敏效应以及腺苷受体的持续激活可能引发外周心血管副作用，利用高亲和力腺苷受体激动剂来预防持续性脑损伤的疗法发展仍然有限。在LPS诱导的全身性炎症进展过程中，血浆腺苷水平迅速增加。这种升高随后增强了中枢细胞外腺苷张力，并通过A1Rs促进星形胶质细胞中炎症介质如CCL2、CCL5和CXCL1的表达。这一发现与先前的研究一致，该研究表明星形胶质细胞在数小时内对炎症刺激做出快速反应，经历依赖于腺苷与A1R结合的动态转录组变化。最近一项研究表明，在非人灵长类动物短暂性大脑中动脉闭塞模型后2小时开始，连续输注A1R/A3R激动剂AST-004 22小时，可显著降低病变生长速度和病变区域体积。这一发现表明，在缺血性脑卒中期间早期干预激活A1R/A3R受体是有效的，这可能是由于快速清除受损细胞创造了修复微环境，从而促进了修复。然而，A1R/A3R激活的神经保护作用是由于增强了细胞外腺苷的清除，还是由于调节了A2aR和A2bR的相对活性，需要进一步研究。
早期研究表明，星形胶质细胞中的A2aR在记忆调节中起着关键作用。近年来，越来越多的研究表明，星形胶质细胞中的A2aR对于脑损伤后促炎和抗炎微环境之间的转换至关重要。例如，激活A2aR可减少星形胶质细胞中由STAT3/YKL-40轴介导的炎症因子释放，从而减轻白质损伤。此外，在缺血性脑卒中小鼠中抑制A2aR会导致广泛的神经元死亡和A1型反应性星形胶质细胞的持续增殖。先前的研究已证实，持续的A1型反应性星形胶质细胞通常会增加大脑炎症，这对神经元有害。因此，A2aR在脑损伤后从炎症消退到修复表型的转变中起着关键作用。关于星形胶质细胞中A2bR的研究相对较少，因为与其他腺苷受体相比，腺苷的效力较弱。先前的研究表明，慢性持续输注A2bR激动剂BAY60-6583可改善局灶性脑缺血损伤，并减轻缺血诱导的神经元死亡程度。值得注意的是，最近一项研究表明，激活星形胶质细胞上的A2bR会募集cAMP-PKA信号通路，导致葡萄糖代谢的快速激活和乳酸的释放。这一过程随后补充了随时可用的细胞外能量底物池，这对于维持突触功能至关重要，尤其是在高能量需求或能量供应减少期间。这些发现表明，旨在通过星形胶质细胞A2bR挽救和保存大脑能量的治疗方法可能有益于脑卒中治疗，因为损伤部位本质上是缺血和缺氧的。因此，增强星形胶质细胞中A2bR的活性是延长脑梗死后关键愈合期的有前景的治疗途径。
6 星形胶质细胞中的细胞内腺苷代谢
6.1 ADK（腺苷激酶）
在细胞内，腺苷激酶（ADK）是腺苷的关键调节剂，催化腺苷转化为腺苷5‘-单磷酸。ADK有两种亚型：位于细胞核的长亚型（ADK-L）和位于细胞质的短亚型（ADK-S）。ADK在发育早期主要存在于神经元中，但随着发育的进行，其在星形胶质细胞中的丰度增加。初步研究将星形胶质细胞中的ADK水平确定为癫痫发生潜在预测因子和调节剂。更近期的研究表明，星形胶质细胞中的ADK在脑卒中的发生和进展中也起作用。在大脑中动脉闭塞诱导的局灶性脑缺血模型中，ADK的局部下调被发现可以减轻皮层中的缺血性神经元损伤。此外，在大鼠局灶性脑损伤病例中，ADK的表达上调，导致星形胶质细胞分泌促炎细胞因子。通过腺病毒介导的ADK敲低促进了炎症微环境的减少。然而，值得注意的是，虽然在体内靶向星形胶质细胞的ADK敲低表明了一种有前景的神经保护策略，但基因疗法的副作用使其不适合作为预防脑缺血复发的预防性治疗。因此，探索侵入性较小的方法来提高患者大脑中的腺苷水平是审慎的。例如，将靶向ADK的反义寡核苷酸（ADKASO）递送至反应性A1型星形胶质细胞成功降低了大脑中的ADK水平并减轻了炎症。总之，通过干扰星形胶质细胞中的ADK来抑制腺苷池稳定，可能有助于减轻脑缺血后的损伤程度。这种方法可能有助于在有脑缺血性损伤风险的患者中发展缺血耐受表型。
6.2 ADA（腺苷脱氨酶）
腺苷脱氨酶（ADA）存在两种亚型，ADA1和ADA2，它们催化腺苷和脱氧腺苷的不可逆脱氨，产生肌苷和脱氧肌苷。一项涉及7913例急性脑梗死病例的回顾性研究显示，血清ADA浓度与急性脑梗死的发病率呈显著负相关。此外，发现吸烟和饮酒显著降低了血清ADA浓度，而这是急性脑梗死发生的关键因素。此外，ADA2的功能丧失突变与早期和复发性脑卒中有关，并表现为各种血管炎症表型。在病理条件下，ADA水平的升高与成纤维细胞生长因子2（FGF2）的调节有关，FGF2通过增加MAPK磷酸化来增强ADA转录和活性。在缺血性脑卒中期间，FGF2的调节是受影响脑区的关键方面。利用经颅磁刺激增强脑卒中后神经功能恢复的治疗干预已被证明可上调脑源性神经营养因子（BDNF）和FGF2，这可能与星形胶质细胞中的ADA反应有关。此外，特异性肽修饰的bFGF的靶向脑内递送已被证明可以增强缺血诱导的神经元损伤的恢复并改善运动功能。重要的是，抑制星形胶质细胞中的ADA会导致外周神经毒性增加，而补充肌苷可增强星形胶质细胞的糖酵解能量产生并支持神经元存活。这些发现表明，通过肌苷补充和ADA水平调节相结合的方法，可能是减轻脑缺血后神经元损伤的潜在策略。
6.3 AK（腺苷酸激酶）
腺苷酸激酶（AK）持续监测细胞内腺嘌呤核苷酸稳态，并促进来自腺苷的AMP可逆地转化为ADP。AK介导的AMP水平升高可增强腺苷的产生并激活AMPK，AMPK是细胞应激适应的关键信号分子。因此，AK可能作为调节星形胶质细胞细胞内反应的关键调节因子。对不同区域正常犬脑AK活性的初步调查发现了一种模式，其特征是灰质区域活性升高，白质区域活性降低，混合组织类型区域活性中等。此外，一项研究表明，在患者幕上脑缺血性梗死的急性期，AK活性显著增加。最近的研究表明，
