外源性一氧化碳减轻不全脑缺血再灌注神经细胞焦亡机制的研究

Pyroptosis, a new style of cell death, plays a vital role in ischemia/reperfusion injury and inflammation. Carbon monoxide, an important signal molecular under normal and pathophysiology conditions, could exhibit neuroprotection and anti-inflammation via attenuation of pyroptosis. Recently, it was suggested that the neuroprotective of carbon monoxide was associated with sGC-cGMP-PKG signal pathway, as well as inhibition of mitochondrial dysfunction. This current study is to investigate the protective effect of carbon monoxide and CORM-3 in incomplete cerebral ischemia/reperfusion injury. Further study is to attenuate neuronal pyroptosis induced by incomplete cerebral ischemia/reperfusion injury, inhibit opening of mitochondrial permeability transition pore, promote opening of ATP–sensitive potassium channel via sGC-cGMP-PKG signal pathway by carbon monoxide. The final objective is to find a new protective strategy for incomplete ischemia/reperfusion injury of brain.

细胞焦亡是新发现的一种细胞死亡形式，在神经系统缺血再灌注损伤和炎症反应中扮演着重要角色。一氧化碳作为正常生理以及病理生理状态下的重要信号分子，具有显著的抗炎特性和细胞保护作用，能够减少细胞焦亡。新近研究表明，一氧化碳的神经保护作用可能与激动sGC-cGMP-PKG信号通路后，保护线粒体功能和结构密切相关。本课题拟探讨外源性一氧化碳及其化合物CORM-3对不全脑缺血再灌注损伤的保护作用，并进一步探讨CO通过激动sGC-CGMP-PKG信号通路，抑制线粒体通道转换孔开放，促进线粒体ATP敏感钾离子通道开放，保护线粒体功能和结构的完整，从而减轻不全脑缺血再灌注损伤过程中神经细胞的焦亡信号系统的激活，旨在探索一种全新的神经保护策略。

不管是创伤造成的失血性休克，还是大血管夹闭、术中急性失血等造成的供血不足状态，均可造成不全脑缺血再灌注损伤，引发早期死亡和远期预后不良。本研究通过在体构建大鼠失血性休克复苏模型，以及离体构建原代海马神经元低氧低糖-复糖复氧模型，模拟不全脑缺血再灌注损伤的病理生理过程，探索外源性一氧化碳（CO）对不全脑缺血再灌注损伤的保护作用及机制。本研究发现（1）失血性休克复苏或低氧低糖-复糖复氧可造成额叶皮质、海马以及杏仁核区神经元焦亡率显著升高，线粒体功能和形态受损，大鼠远期学习记忆功能障碍，焦虑和抑郁样行为显著增加；（2）复苏后立即给予外源性CO化合物CORM-3（4mg/kg）股静脉注射，可显著降低额叶皮质、海马以及杏仁核区神经元的焦亡率，减轻线粒体功能和形态受损，改善大鼠远期学习记忆功能，减少焦虑和抑郁样行为；（3）sGC受体特异性抑制剂NS-2028，PKG特异性抑制剂KT5823能够部分阻断外源性CO的神经保护作用。以上研究结果显示，失血性休克可造成不全脑缺血再灌注损伤，特别是远期神经功能障碍，外源性CO能够显著减轻失血性休克复苏造成的不全脑缺血再灌注损伤，其机制与激活sGC-cGMP-PKG信号通路相关。