锌离子通过NF-κB信号通路靶向调控小胶质/巨噬细胞降低脊髓损伤神经元焦亡的机制研究

Recent study demonstrated that macrophage/microglia(M/Ms) homeostasis plays an important role in the repair of central nervous system injury, but the mechanism is still unclear. Our previous researches found that the survival of neurons increases after spinal cord injury by zinc (Zn2+) administration, while the cytokines secreted from M/M also changes, followed by the activation of NF-κB signaling pathway, and the related protein of pyroptosis decreases. Therefore,we hypothesize that Zn2 + activates M/Ms through NF-κB signaling pathway after SCI, reduces the occurrence of neuron pyroptosis and promotes SCI recovery. This project intends to explore the relationship between Zn2+ and M/Ms activation after SCI at animal and cell experimental level，furthermore the pathological changes of neuronal pyroptosis affected by M/Ms activation and the spinal cord injury recovery. This project aims to elucidate the SCI pathological mechanism by zinc therapy in a new way (Zn2+ activates M/Ms to reduce neuronal pyroptosis), provides a new therapeutic target for SCI , which has an important theoretical significance and clinical value.

最新研究证实巨噬细胞/小胶质细胞（M/Ms）的稳态对中枢神经系统损伤修复具有重要作用，但具体的作用机制尚未明确。本课题组前期研究发现：脊髓损伤(SCI)后给予锌（Zn2+）可以增加SCI病灶神经元的存活，伴随M/Ms源性细胞因子变化和NF-κB信号通路的活化；焦亡相关蛋白表达减少。因此，我们提出：SCI后Zn2+通过NF-κB信号通路活化M/Ms，从而减少神经元焦亡的发生，促进SCI恢复。本项目拟通过动物和细胞实验来探索SCI后Zn2+与M/Ms活化的关系，以及M/Ms通过焦亡途径影响神经元的病理改变机制，进而促进SCI的修复进程。本项目旨在从一个新的角度（Zn2+激活M/Ms而减少神经元焦亡）来揭示锌疗法治疗SCI的病理机制，为SCI提供一个新的治疗靶点及方案，具有重要的理论意义和临床应用前景。

脊髓损伤是一种严重的创伤性中枢神经系统损伤，具有高死亡率和高残疾率，给家庭和社会带来严重的经济负担。大多数脊髓损伤与生理生化变化和结构异常有关。脊髓损伤的病理生理学表现包括原发性和继发性损伤。通常是原发性损伤决定了随后的损伤，并在很大程度上决定了脊髓的未来恢复。研究发现，脊髓肿胀、细胞膜或血管破裂会导致创伤脊髓损伤缺血，导致灰质出血性坏死和周围白质出血。然而，小胶质细胞同时被激活，可在2小时至2天内释放炎性细胞因子，持续脊髓出血导致局部缺血、轴突肿胀、神经元和少突胶质细胞死亡。逐渐转变为疾病慢性期，病变部位稳定成熟，此时出现囊泡，脊髓软化为最后阶段，即脊髓坏死。这一过程包括各种病理过程，如焦亡、坏死、凋亡和炎症。本研究团队分别研究锌处理后对于小胶质细胞调控作用，以及对于脊髓损伤功能恢复、治疗影响及其作用机制进行了深入研究。本课题利用脊髓轻型挫伤模型，随机分为假手术组，溶剂组，给锌组，研究锌离子干预对脊髓损伤动物行为学影响，利用免疫荧光和流式细胞数技术检测锌干预对小胶质细胞以及G-CSF表达影响，以及NF-κB信号转导通路的变化，探寻其作用机制。利用尼氏染色和免疫荧光观察脊髓前角运动神经元形态；电镜检测锌干预对脊髓损伤神经元的线粒体的变化；利用蛋白凝胶电泳、免疫荧光以及PCR等技术检测NF-κB和Casepase-1信号转导通路的变化，以及焦亡蛋白GASDMD和Cleaved Gasdermin的变化情况。结果显示：给与锌离子治疗后，能够诱导NF-κB的表达。再此基础上，焦亡执行蛋白Caspase-1蛋白表达降低，锌治疗组小鼠脊髓组织NLRP3炎症小体数量减少，焦亡发生减轻。除此之外，我们的结果还提示，锌离子还可以通过抑制铁死亡，以及通过发挥抗氧化应激的作用抑制炎性小体NLRP3的表达。因此提示，适量锌可能参与脊髓损伤修复。结论：锌处理能显著降低小鼠脊髓的继发性损伤，促进运动功能的恢复，其机制可能与抑制焦亡小体活性有关。其作用机制可能成为脊髓损伤治疗的新途径。