神经元线粒体损伤调控脑缺血过程中血脑屏障通透性的机制研究

The blood-brain barrier (BBB) disruption is critical for edema and hemorrhage complications in cerebral ischemia. It is accepted that the coordinate responses in neurons, astrocytes and vascular endothelium, also called "neurovascular unit" (NVU), play an important role in stroke pathogenesis. However, early studies in BBB damage were mostly focused on the role of the single cell type in NVU, neglecting the integrative interaction in NVU to BBB permeability. In this project, we will use primary cultured NVU model and focal cerebral ischemic rat model to investigate the effects of mitochondria in ischemic neurons on BBB leakage and the cell-cell signaling in NVU during BBB injury. Moreover, normobaric hyperoxia (NBO) has been shown to maintain penumbral oxygenation, reduce infarction volumes and improve neurological function in animal stroke model. Here, we will also investigate the effects of NBO on BBB complications in NVU. According to the reports and our previous results, we hypothesize that the abnormal mitochondria in neurons may increase BBB permeability, mediated by increasing vascular endothelial growth factor (VEGF) in astrocytes. We also hypothesize that NBO may reduce BBB disruption by improving the mitochondria functions in neurons, depressing VEGF in astrocytes and may consequently decrease the complications after cerebral ischemia. Our research will explain the mechanism in BBB disruption by ischemic NVU and BBB protection by NBO treatment.

血脑屏障(BBB)破坏是引起脑缺血继发水肿、出血的中心环节。脑缺血时神经元、星形胶质细胞及微血管内皮细胞作为神经血管单元的组成部分，均受到损害。以往的研究多侧重神经血管单元中单一因素对BBB的损伤，忽视了神经血管单元整体对BBB的调控。本课题将从神经元线粒体异常与BBB损伤的关系角度出发，以神经血管单元整体调控为重点，利用体外培养的BBB模型及大鼠脑缺血模型，探讨神经元线粒体损伤对BBB通透性的调控机制、该过程中神经血管单元各细胞类型间的相互作用，并探讨可能有效的干预措施。我们的假说是①脑缺血时神经元线粒体损伤可增加BBB通透性；②该过程可能由星形胶质细胞释放的血管内皮生长因子介导；③常压高浓度氧治疗可能通过抑制神经元线粒体损伤、下调星形胶质细胞中血管内皮生长因子水平，保护BBB功能。本研究将揭示脑缺血时神经元线粒体损伤调控BBB通透性的机制，为开发临床上可行的BBB保护措施提供实验基础。

以往血脑屏障(BBB)损伤研究主要针对脑微血管自身结构和功能的破坏，却忽视了BBB作为脑神经血管单元（NVU）的一部分，其他细胞（如神经元和胶质细胞）对BBB功能的综合影响。本项目以脑缺血时NVU整体为研究对象，深入探讨了神经元线粒体损伤-BBB破坏过程中，NVU中各细胞类型之间(神经元、星形胶质细胞和微血管内皮细胞)的作用和相互关系，明确脑缺血早期NVU整体调控BBB通透性的机制。我们发现在脑缺血急性期,神经元线粒体损伤可以增加BBB通透性；此过程可能通过星型胶质细胞释放VEGF介导；NBO可能通过抑制神经元线粒体损伤以及下调星型胶质细胞中VEGF水平，实现对BBB的保护功能。本项目的重要意义在于：探索了脑缺血早期BBB损伤应该着眼于NVU整体的保护，在损伤的早期积极进行干预，如此才能有效降低后续的瀑布效应，减轻后期BBB损伤；从保护 NVU 整体功能为出发点，证明了常压高浓度氧NBO和中药羟基红花黄色素HSYA对NVU系统的保护作用以及降低BBB损伤的作用及其机制，为探索有效的NVU保护策略和减轻BBB损伤的临床转化手段提供依据。本项目取得的成果：1. 发表文章：受本项目资助，在发表SCI论文7篇（其中有2篇发表于国际有影响力的Stroke杂志）；发表于中文核心期刊3篇；会议论文2篇。2. 会议报告：该项目研究结果受到国内外同行的关注，分别在2014年香港举办的海内外华人自由基大会和2015年在芝加哥举办的美国神经科学大会上做分组报告。3. 个人成长：在本项目支持和培养下，负责人获得了后续的面上项目资助（81571175），还获得多项人才资助，包括国家公派留学基金委国家公派高级研究学者及访问学者项目 (201409110073)、北京市科技新星计划 (Z141107001814045)等。4. 培养研究生：本项目培养博士研究生3名，其中毕业1人，在读2人。5. 参加国际、国内学术会议：本项目支持参加3次国内外学术会议，共8人次，其中大会报告2人次、海报展示1人次：邀请国内外专家学术交流5人次。