近日，我院神经外科钟春龙团队在CNS Neuroscience & Therapeutics上发表了题为"Deletion of glutamate carboxypeptidase II (GCPII), but not GCPIII, provided long-term benefits in mice with traumatic brain injury"的文章，该研究在小鼠脑外伤模型中证实，敲除GCPII编码基因后GCPIII水解NAAG的能力不会发生代偿性改变。
脑损伤后突触前膜的谷氨酸释放是一个“主动调控”过程，常同时伴有另一种保护性肽类神经递质N-乙酰天冬氨酰谷氨酸（N-acetylaspartylglutamate，NAAG） 的释放；NAAG 选择性作用于突触前膜的代谢型谷氨酸受体第Ⅱ组第3亚型 （GroupⅡ metabotropic glutamate receptor subtype 3，mGluR3），通过减少电压依赖性钙通道的传导，具有极强的抑制谷氨酸进一步释放的作用；NAAG与谷氨酸竞争NMDA受体，还可部分阻断NMDA受体介导的谷氨酸兴奋毒性。可惜的是，NAAG释放后很快即被胶质细胞上的NAAG肽酶水解成N-乙酰天冬氨酸（N-acetylaspartate，NAA）及谷氨酸，从而失去上述内源性神经保护作用。NAAG肽酶包括谷氨酸羧肽酶II（glutamate carboxypeptidase II，GCPII）及其同源物GCPIII。研究表明，在中枢神经系统NAAG主要被GCPII酶解失活，虽然GCPIII具有和GCPII相似的三维结构，但其NAAG水解活性较低。目前通过抑制GCPII活性从而改变NAAG和谷氨酸代谢过程的策略已被证实在许多动物脑疾病模型中有治疗效果，然而抑制GCPII活性后GCPIII是否部分代偿GCPII水解NAAG的功能一直存在争议。
创伤性脑损伤（traumatic brain injury，TBI）后, NAAG通过激活mGluR3抑制谷氨酸进一步释放，具有神经保护作用。GCPII是水解NAAG的主要酶，目前尚不清楚GCPII的同源物GCPIII能否部分代偿GCPII的水解功能。研究人员利用CRISPR/ Cas9介导的基因工程技术产生GCPII敲除（GCPII-/-）、GCP III敲除 （GCPIII-/-）和GCP II/III双基因敲除（GCPII/II-/-）小鼠，并借助中度受控皮层冲击模型 (moderate controlled cortical impact，mCCI）探究了创伤性脑损伤后GCPII和GCPIII的功能关系。
在TBI急性期（损伤后第1天），与WT-CCI组相比，GCPII-/-和GCPII/III-/-小鼠海马区谷氨酸浓度和NMDA受体mRNA表达显著降低，TGF - β1信号转导增加，神经元数量和状态显著改善。这些发现提示GCPII和GCPII/III敲除可有效减轻TBI后谷氨酸浓度改变导致的神经细胞兴奋毒性。
在TBI亚急性期（损伤后第7天），与WT-CCI组相比，GCPII-/-和GCPII/III-/-小鼠海马区小胶质细胞激活明显减少，神经元数量和状态也有所改善。提示GCPII和GCPII/III敲除在TBI后亚急性期仍具有显著的神经保护作用。
在上述研究中，研究人员发现WT-CCI和 GCPIII-/-组间，GCPII-/-和GCPII/III-/-组间表型均没有统计学差异，这表明GCPII敲除后，GCPIII水解NAAG的能力不会发生代偿性改变。
目前GCPII基因敲除小鼠在TBI亚急性期对脑损伤的反应尚未得到充分研究，因此研究人员在TBI后第7天对各组小鼠的损伤侧海马组织进行了全转录组测序。与WT-CCI组相比，GCPII-/-小鼠Kcne4表达显著下调，提示GCPII敲除可能持续影响离子通道相关基因的表达。值得注意的是，Npas4在GCPII-/-小鼠中显著上调。Npas4激活兴奋性神经元中BDNF的转录，调节释放GABA神经元突触的数量，导致兴奋性神经元上抑制性突触的增加。这些发现表明GCPII敲除可能有助于海马神经元的突触修复。
GCPII-/-和GCPII/III-/-组间表型没有统计学差异，意味着抑制GCPII的功能不会导致GCPIII代偿性水解NAAG，这提示GCPII和GCPIII在NAAG代谢过程中可能具有不同的作用。这一发现对于理解NAAG肽酶的生理过程和开发针对NAAG代谢相关疾病新的靶向治疗方案具有重要意义。（神经外科）
