血红素氧合酶-1通过调控AMPK信号通路对脊髓损伤的保护机制研究

Spinal cord injury (SCI) is a leading cause of disability. AMP-activated protein kinase (AMPK) is an important energy metabolism and stress sensor in the cell, which plays an important role in the pathogenesis of SCI. Our previous study indicated that overexpression of heme oxygenase-1 (HO-1) gene mediated using adeno-associated virus (AAV) promoted the recovery of neurological function after SCI in rats by inhibiting Cdc42/MLK3/MKK7/JNK3 signaling pathway. Previous study has indicated that MLK3 can directly activate AMPK, serving as an upstream signal molecule of the AMPK signaling pathway. Our preliminary study showed that AAV-HO-1 inhibited activation of AMPK signaling pathway after SCI and AMPK gene silencing had neuroprotective effect against SCI in rats. In summary, regulating AMPK activation after SCI may be an important mechanism of the protective effect of HO-1 after SCI. To verify the hypothesis, we will examine the effect of HO-1 on AMPK signaling pathway activation after SCI and the potential mechanism from molecular, cellular, tissue and whole animal levels; our study will provide new ideas and new targets for SCI treatment and promote clinical translation.

脊髓损伤（SCI）是一种高致残性疾病，磷酸腺苷激活的蛋白激酶（AMPK）是细胞内重要的能量代谢和应激感受器，在SCI发病中具有重要作用。前期我们研究发现腺相关病毒（AAV）介导的血红素氧合酶-1（HO-1）基因过表达（AAV-HO-1）通过抑制Cdc42/MLK3/MKK7/JNK3信号通路促进大鼠SCI的神经功能恢复。文献报道MLK3可以直接活化AMPK，是AMPK信号途径的上游信号分子。我们的预实验结果提示AAV-HO-1能抑制SCI大鼠中AMPK信号通路的活化，并且AMPK基因沉默对大鼠SCI具有神经保护作用。综上，调控AMPK通路可能是HO-1对SCI保护作用的一个重要机理。为了验证这一假说，我们将从分子、细胞、组织以及动物整体水平等多方面探讨HO-1对SCI后AMPK信号通路的调控作用及机制。我们的研究将为SCI的治疗研究提供新思路和新靶点，以期促进临床转化。

急性神经炎症是脊髓损伤（SCI）后引起继发组织损伤的主要不利因素。抑制神经炎症会降低神经元死亡和有利于神经功能恢复。在本研究中，我们使用HO-1编码的慢病毒（LV-HO-1）来感染小胶质细胞，并将LV-HO-1感染后的小胶质细胞过继转移注射至损伤大鼠脊髓组织中。慢病毒诱导的外源HO-1过表达在SCI后显著抑制了SCI后的小胶质细胞介导的炎症反应，可见转移的小胶质细胞中促炎介质的表达水平较低。LV-HO-1感染的小胶质细胞抑制了SCI后的神经炎性，脊髓中可见较少的白细胞浸润和较低的促炎细胞因子产生；同时，受损脊髓中的组织损伤和神经元细胞凋亡减少，而大鼠后肢运动功能有所提高。我们进一步确定了磷酸腺苷激活的蛋白激酶（AMPK）信号传导参与了HO-1对小胶质细胞的调节作用，因为HO-1过表达增加了AMPKα的活化磷酸化。AMPK抑制剂化合物C在体外减少了HO-1在脂多糖刺激的小胶质细胞中的抗炎作用。本研究证明了LV-HO-1感染的小胶质细胞过继转移减少了SCI后的神经炎症。此外，我们研究发现在大鼠SCI模型中，LRCH1的抑制作用加速了小胶质细胞介导的神经炎症；盐酸右美托咪啶通过上调细胞程序性死亡蛋白1（PD-1）减轻SCI后小胶质细胞介导的神经炎症；PD-1在小鼠SCI模型中维持浸润性调节T细胞抗炎作用的重要性；Sirtuin4抑制创伤性脊髓中浸润的调节性T细胞的抗神经炎活性；毛蕊异黄酮激活Nrf2信号通路对大鼠脊髓损伤起神经保护作用。