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目的: 脑创伤(Traumatic brain injury,TBI)是一种极其严重的神经系统功能损伤,由TBI引起的继发性损伤是导致神经元凋亡和神经功能障碍的主要原因。硫化氢(Hydrogen sulfide,H2S)是一种具有臭鸡蛋气味气体的介质,是继一氧化氮和一氧化碳后第三种内源性气体信号分子,具有抗炎抗氧化的作用,在中枢神经系统疾病中发挥着重要作用。本文旨在研究NaHS一种H2S的供体,对小鼠脑创伤后是否能修复脑损伤引起的血脑屏障(Blood-brain barrier,BBB)破坏以及能否保护神经细胞,并探索其中可能参与的分子机制。 方法: 利用立体定位打击器建立TBI模型以及在细胞上用糖氧剥夺再灌注(OGD/R)模型模拟脑损伤。采用伊文思蓝渗透法、western blot、免疫荧光染色等技术研究NaHS 是否能维持脑损伤后 BBB 的完整性,以及参与其中的分子机制。采用了TUNEL、尼氏染色以及Bax、Bcl-2蛋白表达的分析探讨NaHS是否能缓解损伤后神经元的凋亡。通过免疫荧光、western blot分析MBP、MAP-2研究了NaHS的促髓鞘再生和轴突再生的作用,以及在原代皮层神经元中探讨NaHS的微管稳定作用。通过Mito-tracker对原代HUVEC细胞进行染色,观察NaHS促进线粒体融合的作用,以及通过JC-1染色分析线粒体膜电位(Δψm)和ATP水平的检测验证NaHS维持线粒体功能的作用。通过免疫荧光和western blot分析LC3Ⅱ/Ⅰ、ATG7、ATG5以及p-AKT和p-mTOR的蛋白水平,探讨了参与NaHS保护作用的信号通路,通过CCK-8检测细胞生存率进一步验证假设。 结果: (1) TBI后BBB受到了破坏,在损伤侧及其周围伊文思蓝渗透增加,提前半小时给予1 μmol/kgNaHS后再行造模可显著降低伊文思蓝的渗透量。Western blot 表明 NaHS 上调了紧密连接蛋白(occludin)和粘附蛋白( P120-catenin,β-catenin)的表达,这证实NaHS能维持TBI后BBB的完整性。细胞实验也显示NaHS能上调OGD/R处理过的HUVEC细胞间的连接蛋白和粘附蛋白。此外,通过PDGFR的染色表明NaHS能保护周细胞,通过CD31与Laminin的共定位发现NaHS还能修复脑血管。 (2)神经元的凋亡是TBI后的另一大继发性损伤,通过TUNEL染色发现,小鼠损伤侧大脑的海马齿状回(DG)和皮层处的 TUNEL 阳性细胞在损伤后较Sham组急剧增加,而NaHS治疗组的凋亡细胞数量较损伤组显著减少。Western bolt的结果显示TBI组Bcl-2和Bax比值较sham组显著降低,而NaHS治疗后有所增加。尼氏染色发现TBI发生后,皮质损伤区周围丢失了一些尼氏体,而存在的一些尼氏体的形态比 sham 组的要小,NaHS 处理组中尼氏体的数量和形态都较损伤组得到了改善。 (3)免疫荧光发现,TBI后MBP、Ace-tubulin以及MAP2在损伤侧皮层分布显著减少,而NaHS处理后分布增加。Western blot显示MBP、Ace-tubulin在损伤后7天时表达显著降低,而与TBI组相比,NaHS处理组中MBP、Ace-tubulin表达有所增加。以上数据显示,NaHS具有促进轴突生长和髓鞘再生的作用。通过提取皮层原代神经元发现,NaHS 处理组的神经元轴突长度大于 OGD/R 组,并且NaHS能上调OGD/R处理后神经元的Ace-tubulin与Tyr-tubulin荧光强度比值。 (4)使用线粒体特异性染料Mito-Tracker Red观察HUVEC细胞中的线粒体形态变化。当细胞暴露于OGD/R后,高度相互连接的细丝状线粒体变成点状, NaHS处理后线粒体重新恢复成线状;对SH-SY5Y细胞进行JC-1染色测定Δψm, NaHS处理组的JC-1聚集体/单体荧光强度比大于OGD/R组;检测细胞ATP水平发现,NaHS处理组的ATP水平大于OGD/R组。 (5)免疫荧光和Western blot发现,TBI组大脑皮层中LC3Ⅱ阳性的神经元比sham组显著增加,而NaHS组比TBI组阳性细胞又有所减少;Western blot显示,与TBI组相比,NaHS组ATG7和ATG5在大脑皮层中表达下调;SH-SY5Y细胞暴露于OGD 6 h并复糖复氧12 h,随后用CCK-8检测细胞生存率,结果显示与OGD/R组相比,NaHS治疗组的细胞存活率显著上升,而NaHS和雷帕霉素共处理消除了NaHS对OGD/ R后细胞的保护作用。此外,用自噬抑制剂3-MA处理也增加了细胞的生存率;Western blot检测AKT和mTOR的蛋白磷酸化水平,结果发现损伤后 1 天时 AKT 和 mTOR 的磷酸化水平显著降低,而与 TBI组相比,NaHS组AKT和mTOR蛋白的磷酸化水平上调。 结论: NaHS 能促进 BBB 的修复以及通过稳定微管来促进轴突髓鞘再生,从而改善神经元的凋亡;NaHS还能保护线粒体,稳定线粒体膜电位,维持线粒体合成ATP的功能。NaHS的保护作用是通过激活PI3K/AKT/mTOR信号通路抑制自噬达到的。