南湖新闻网讯（通讯员 李兰 李沐阳）近日，我校生物医学与健康学院、生命科学技术学院张敏教授课题组与董志强教授课题组联合在国际期刊 Advanced Science 发表了题为“A Brain-Penetrant Nanobody Reveals GSK3β-Driven Proline-Directed Phosphorylation as a Master Regulator of Ischemic Neurodegeneration”的研究论文。该研究巧妙利用人重链铁蛋白（HFn）纳米颗粒作为递送载体，成功将高特异性靶向调控糖原合酶激酶3β（GSK3β）驱动的脯氨酸定向磷酸化（Proline-directed phosphorylation）的纳米抗体送入大脑，系统阐明了脑缺血后神经元损伤的精细分子调控网络，并证实该纳米抗体具有显著的缺血性脑卒中神经保护疗效。

缺血性脑卒中（俗称脑中风）是全球范围内导致人类死亡和残疾的主要疾病之一。脑缺血发生后，血流中断会导致神经元发生级联式坏死与凋亡，从而引发严重的神经功能损伤。蛋白质的磷酸化修饰作为一种关键的翻译后修饰，在调节细胞命运和信号转导中发挥着关键作用。以往的研究表明，GSK3β在脑缺血介导的神经损伤中被异常激活，并驱动下游一系列位点的磷酸化。其中，丝氨酸/苏氨酸-脯氨酸（S/T-P）结构域的“脯氨酸定向磷酸化”被认为与多种神经退行性疾病密切相关。然而，由于缺乏高特异性的体内精细调控工具，GSK3β驱动的脯氨酸定向磷酸化作为“主控开关”如何精确重塑脑缺血后的磷酸化组学，其具体的分子网络及其下游执行机制此前尚不明确。

该研究首先开发并验证了一种能够特异性识别并阻断GSK3β介导的脯氨酸定向磷酸化的纳米抗体，研究团队利用HFn纳米颗粒加载该纳米抗体，解决了传统抗体无法穿透血脑屏障的技术难题。体内实验结果表明，该HFn-纳米抗体复合体能够高效穿过血脑屏障并靶向神经元和小胶质细胞。在小鼠MCAO/R模型中，该纳米抗体的递送能显著减少脑梗死体积，减轻神经元凋亡，并显著改善小鼠的神经功能评分，展现出良好的神经保护功能。

研究进一步联合分析定量磷酸化蛋白质组学，发现脑缺血引发的GSK3β异常激活会促使大量与骨架动力学、突触可塑性及细胞存活相关的蛋白发生异常磷酸化，而该纳米抗体可通过特异性抑制“脯氨酸定向磷酸化”这一过程，精准重塑这些核心靶蛋白的修饰状态。功能实验进一步证明，该抗体能有效抑制活性氧的过量积累，逆转小胶质细胞促炎表型，并重构受损神经元的突触结构。最后，研究清晰阐明了其核心作用机制：在脑缺血条件下，激活的GSK3β通过脯氨酸定向磷酸化修饰，精细调控了包括Wnt/β-catenin信号通路组件及其他下游神经毒性响应因子在内的多个关键靶点。递送的纳米抗体通过靶向阻断特定修饰链条，解除了对神经保护通路的抑制，重塑了细胞内的生存信号网络，从而改善缺血性脑卒中的病理进程。

靶向GSK3β S/T-P的纳米抗体缓解缺血性脑卒中病理损伤的机制示意图

综上所述，该研究不仅在分子水平上揭示了由GSK3β驱动的脯氨酸定向磷酸化是控制脑缺血神经变性的关键分子开关，还通过“纳米颗粒-纳米抗体”的一体化设计，成功构建了一种具备优异脑穿透能力的新型生物分子药物候选物。这一发现相当于为脑缺血后失控的神经损伤病理程序踩下了“刹车”，平衡了神经元的应激损伤与存活发育，不仅完善了缺血性脑卒中的精细分子调控机制，也为未来开发抗卒中、抗神经退行性疾病的高效靶向药物提供了关键靶点与全新策略。

本研究由我校生物医学与健康学院、生命科学技术学院张敏教授课题组和董志强教授课题组牵头完成，已毕业博士生李兰和博士研究生李沐阳为论文共同第一作者，张敏教授和董志强教授为共同通讯作者。北京中医药大学孙雷副教授对本研究提供了重要支持。该研究得到国家自然科学基金、中央高校基本科研业务费、湖北省临床医学研究中心及相关科研基金的资助。

论文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.76004

英文摘要：Ischemic stroke is a leading cause of death and disability worldwide, with restricted therapeutic window for effective neuroprotection. Protein phosphorylation driven by protein kinases represents a vital mechanism modulating cell survival or degeneration during ischemic insult. Glycogen synthase kinase-3β (GSK3β) is abnormally activated in ischemic brain injury, leading to aberrant proline-directed phosphorylation at serine/threonine-proline (S/T-P) motifs. However, the exact global landscape and executing molecular networks controlled by GSK3β-driven proline-directed phosphorylation in vivo remain elusive due to the lack of high-affinity blockades that cross the blood-brain barrier (BBB). Here, by developing an engineered human heavy-chain ferritin (HFn) nanoparticle-encapsulated nanobody, we achieved high-efficiency brain delivery and target-specific intervention of GSK3β-driven proline-directed phosphorylation within damaged neurons and microglia. This brain-penetrant nanobody effectively reshaped the ischemic phosphoproteome, alleviated reactive oxygen species accumulation, reversed microglial pro-inflammatory activation, and reconstructed synaptic structures, thereby mitigating cerebral infarct volume and neurological deficits. Mechanistically, blocking this key post-translational modification axis restored the integrity of neuroprotective signaling networks such as Wnt/β-catenin cascade. Our findings suggest that GSK3β-mediated proline-directed phosphorylation acts as a master regulator of ischemic neurodegeneration, and this responsive nanobody conjugate holds great translational promise for stroke therapy.