HDAC介导的小胶质细胞极化在脑白质损伤中作用及机制研究

Extensive white matter injury (WMI) has been documented in patients with traumatic brain injury. This WMI correlates with the long-term deficits in motor and cognitive function. Neuroinflammation, including the activation of resident microglia, is thought to have an important role in pathophysiological process of WMI and finally leads to demyelination and axonal degeneration. Our latest findings showed that microglia responded dynamically to mechanical trauma, switching from a transient M2 phenotype to a sustained M1 phenotype. Notably, the severity of WMI was strongly correlated with activation of the M1 phenotype. In vitro experiments further revealed that M1 microglia-conditioned media exacerbated oxygen glucose deprivation (OGD)-induced oligodendrocyte death. The epigenetic influence of HDAC inhibitors on gene expression make them a novel class of pharmacological agents that may ameliorate disease conditions and enhance neuronal plasticity and survival. HDAC inhibitors may also be a potential candidate for anti-inflammation drug. We thus tested the hypothesis that whether HDAC inhibition can prevent WMI by adjusting microglia polarization towards a more specific titration of the inflammatory response away from the destructive M1 phenotype. Importantly, cellular and molecular mechanisms involved in HDAC-mediated polarization of microglia will be investigated, may provide new ideas and targets for drug development of cerebral protection.

创伤性脑损伤（TBI）常引起严重的白质损伤（WMI），造成患者长期感觉运动和认知功能障碍。炎症反应是WMI病理生理过程的重要环节，使得脑损伤周边区域少突胶质细胞急性死亡或退行性变，造成脱髓鞘、轴突退化。本课题组前期研究发现，小胶质细胞作为神经系统炎症主要参与者，伴有时间依从性极化现象，由短暂性M2型（抗炎型）之后转化为更持久的M1型（促炎型），而M1型与WMI程度呈正相关；体外研究也表明M1型小胶质细胞加剧少突胶质细胞死亡，反之M2型则能保护。使用组蛋白去乙酰化酶（HDAC）抑制剂能纠正TBI后乙酰化平衡紊乱，发挥多重神经保护作用，同时可能潜在性介导小胶质细胞极化。为此，本研究拟验证HDAC抑制剂能否调控小胶质细胞极化，使其炎症因子释放减少，增强其吞噬功能，进而阻止少突胶质细胞免受继发性损伤，最终逆转WMI；同时探讨调控小胶质细胞极化的细胞分子机制,为脑保护药物开发提供新的思路和作用靶点。

研究发现病人脑白质损伤的程度与长期的运动和认知功能缺陷有相关性。因此，不仅需要强调对灰质的保护，更需要加强对损伤白质的保护作用研究。.1）首先通过控制性皮层撞击来建立标准化小鼠脑外伤模型。运用qPCR的方法测定脑组织内小胶质细胞M1期和M2期标记物分子mRNA水平时间依从性的表达情况；采用免疫荧光染色、共聚焦成像等方法观察TBI后皮层、纹状体、胼胝体等不同脑区小胶质细胞极化动态相关性分析。使用HDAC抑制剂Scriptaid于TBI后6小时干预观察直至术后35天。体外实验中，酶联免疫吸附实验来检测小胶质细胞炎性因子释放。采用条件性培养基交换系统来分析HDAC抑制对于小胶质细胞的极化作用以及不同亚型小胶质细胞对于损伤后少突胶质细胞的影响。结果发现， Scriptaid组能明显抑制小胶质细胞的炎症反应，并能调控小胶质细胞由M1型向M2型转变。重要的是，Scriptaid通过介导对于小胶质细胞亚型的调控作用来发挥对于TBI白质损伤的保护作用，具有维持白质的正常结构形态，保持髓鞘的完整性的功能。.2）进一步利用溶血卵磷脂立体定位注射到小鼠脑内胼胝体区，建立标准化局灶性脑白质脱髓鞘损伤模型；白质损伤后，小鼠空间学习和记忆能力、高级认知能力显著降低，而利用HDAC抑制剂丙戊酸钠治疗后则能明显改善上述功能缺陷；丙戊酸钠治疗能够显著抑制髓鞘相关蛋白表达减少；明显抑制小胶质细胞活化，减轻炎症因子释放；促进少突胶质细胞增殖、分化并成熟；丙戊酸钠治疗对于组蛋白去乙酰化酶的表达没有影响，但却能显著促进乙酰化组蛋白H3、H4水平增加。.综上所述，使用HDAC抑制剂增强组蛋白乙酰化，能明显抑制小胶质细胞的炎症反应，能调控小胶质细胞由M1型向M2型转变，对于脑白质损伤有明显的长期保护作用。HDAC抑制剂这种更加细化的作用，可以使得在TBI后强化有利的吞噬反应的，同时减少灰质和白质部位的继发性二次级联损伤。这也为脑白质提供了新的治疗靶点，同时为神经保护药物的开发提供更多的理论依据和新的研究思路。