黑皮质素受体--1在大鼠蛛网膜下腔出血早期脑损伤中的作用及其相关机制研究

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目的:
  自发性蛛网膜下腔出血(subarachnoid hemorrhage,SAH)是神经外科最常见的急症之一,约占所有脑卒中的5%。SAH具有高致残率和高死亡率。据统计,SAH首次破裂的死亡率高达30%左右,幸存者中有8-20%的患者需要长期的护理。近几年研究发现,SAH后早期脑损伤(early beain injury,EBI)是导致Sm患者预后很差的主要原因。早期脑损伤的机制包括神经炎症,神经元凋亡,血脑屏障的破坏和氧化应激等。其中神经炎症和神经元凋亡在SAH早期脑损伤的病理生理过程中发挥了很重要的作用。
  黑皮质素受体-1(Melanocortin receptor-1,MC1R)是G蛋白偶联受体,属于黑皮质素受体家族。MC1R在中枢神经系统中作用非常广泛,包括调节摄食,激素生成及性行为等。此外,MC1R的脑保护作用在近几年的研究中也得到了广泛的证实。MC1R不仅能够减少脑创伤后的炎症反应,也能够减少神经细胞的凋亡,从而减轻脑损伤。BMS-470539是MC1R高度选择性激动剂。BMS-470539通过激活MC1R,抑制下游的炎症和减少细胞凋亡。然而,MC1R和BMS-470539在SAH中的作用尚无相关报道。因此,本研究以大鼠SAH模型为基础,探索大鼠SAH模型建立后,BMS-470539是否能够通过激活MC1R,从而减轻EBI,改善大鼠的神经功能,减少死亡率。
  方法:
  本实验共使用403只成年雄性Sprague-Dawey(SD)大鼠。采阁血管内穿刺法诱导蛛网膜下腔出血。术前48小时经侧脑室注射PGC-1αsiRNA(small interfering RNA)和对照小干扰RNA(scramble siRNA)。术前一个小时不同组别分别给予MSG-606,MRT-68601,selisistat等抑制剂,术后1小时经鼻腔给予BMS-470539。并比较各组间的SAH出血量评分和神经功能评分。此外,还通过rotarod实验和水迷宫实验观察BMS-470539对大鼠长期记忆和认知功能的疗效。在机制研究中,通过免疫蛋白印迹法(western blot)检测穿刺侧大脑半球MC1R,p-AMPK,TBK1,NF-κB,SIRT1,PGC-1α,UCP2等蛋白水平。采用免疫荧光验证MC1R在小胶质细胞和神经元细胞上的表达情况。采用DHE验证细胞氧化应激的水平。采用末端标记法染色(TdT-mediated dUTP Nick-End Labeling,TUNEL)和Fluoro-Jade染色观察神经元凋亡水平。
  结果:
  1.蛛网膜下腔出血后早期脑损伤中,神经功能障碍和脑水肿在24h达到最高峰,同时神经炎症(IL-1β和TNFα)和神经元凋亡(caspase-3,Bcl-2和Bax)也在SAH24h明显增高。
  2.MC1R主要表达在神经元和小胶质细胞上,其表达水平在SAH24h达到最高峰。
  3.BMS-470539可以通过激活MC1R明显减轻脑水肿,改善短期神经功能障碍和长期的认知和记忆功能。
  4.BMS-470539激活MC1R,并进一步通过调控AMPK/TBK1/NF-κB信号通路,促进小胶质细胞向M2转化,从而减轻SAH后炎症反应,起到脑保护作用。
  5.MC1R的激活可以通过进一步调控AMPK/SIRT1/PGC-1α信号通路,降低细胞内氧化应激水平,保护线粒体正常功能,从而减少神经元凋亡,减轻SAH后早期脑损伤。
  结论:
  在SAH模型后,给予BMS-470539可以通过抑制神经炎症,促进小胶质细胞向M2转化,并且减少神经元的凋亡,从而减轻SAH后早期脑损伤,改善大鼠短期神经功能和长期的认知和记忆功能,从而改善SAH的预后。BMS-470539可能成为今后脑卒中治疗的一种重要的药物。
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