铁死亡参与缺血性脑卒中神经损伤的关键机制研究

Ischemic stroke is a catastrophic disease with high rates of associated mortality and morbidity. Current treatment is ineffective and acutely, limited to interventions that restore blood flow. Despite positive preclinical findings for neuroprotectants, all promising candidates have failed to improve stroke outcome clinically. It just indicate that the mechanism of ischemia/reperfusion injury needs further study. The applicant has found that ferroptosis inhibitors can effectively reduce ischemia/reperfusion injury (Mol Psychiatry, 2017), combined with a large number of preliminary experimental results, creatively suggested that the ischemia/reperfusion animal experiment could not be effectively clinical translation, may not take into account the effects of iron deposition in the ischemic tissue. Cerebral iron deposition in ischemic stroke will aggravate ischemia/reperfusion injury and be mediated by Ferroptosis. The applicant intends to construct a multi-level ischemia/reperfusion injury simulation system through the OGD model and the MCAO model, and to systematically study and elucidate the key mechanism of ferroptosis involved in neurological damage of ischemic stroke by genome-editing technology. The results of this project will provide new ideas and methods for translational research of ischemic stroke and develop new drug candidate for the disorder.

缺血性脑卒中是我国社会的重大健康风险，每年死亡人数超过100万人，但目前除手术或药物实现血流再通外，并无有效手段控制缺血再灌注损伤。大量在动物上疗效显著的药物在临床试验中宣告失败，提示对缺血再灌注损伤的机制还需要深入研究。申请人已经发现铁死亡抑制剂能够有效减少再灌注后的细胞死亡（Mol Psychiatry, 2017），结合大量前期实验结果，创新性地提出：缺血再灌注动物实验不能有效转化，可能未考虑缺血组织内铁沉积的影响。缺血性脑卒中缺血期出现的脑部铁沉积将加重缺血再灌注损伤，并由铁死亡（Ferroptosis）介导。申请人拟通过细胞OGD模型以及小鼠MCAO模型构建多层次缺血再灌注损伤模拟体系，利用基因编辑手段，系统研究并阐明铁死亡参与缺血性脑卒中神经损伤的关键机制。预期将对缺血性脑卒中转化研究提供全新思路和方法，并有望提供新的药物调控靶点及候选分子。

缺血性脑卒中是我国社会的重大健康风险，每年死亡人数超过100万人，但目前除手术或药物实现血流再通外，并无有效手段控制缺血再灌注损伤。大量在动物上疗效显著的药物在临床试验中宣告失败，提示对缺血再灌注损伤的机制还需要深入研究。本项目通过对临床缺血性脑卒中患者血清进行蛋白组学分析，同时，结合啮齿类动物缺血性脑卒中模型脑组织蛋白组学及脂质代谢组学分析寻找具有显著意义的分子和代谢通路，并将蛋白组学的广度筛选与脂质代谢组学深度分析紧密结合，在翻译后修饰层面上遴选与缺血性脑卒中发生发展密切相关的关键蛋白Thrombin。进一步明确关键调控通路——铁死亡通路和调节基因ACSL4，并以此为基础开展敲除和过表达相关关键基因研究，以揭示相关调控通路和调节基因的互作网络；应用特定靶点药物干预相关通路及关键调节蛋白，以验证该通路和蛋白对缺血性脑卒中的干预效果和调控机制；利用脂质代谢组学技术，并结合蛋白质组学方法，进一步筛选上游调控蛋白，以揭示触发蛋白与关键调控基因的精细分子互作机制，最终揭示缺血性脑卒中发生发展及造成神经损伤的分子机制：缺血性脑卒中过程中凝血酶Thrombin的激活可能通过ACSL4依赖的铁死亡导致神经细胞发生死亡。通过抑制Thrombin或ACSL4可有效减轻脑缺血再灌注损伤，尽管目前Thrombin抑制剂已应用于临床，但其作用机理仅限于抑制缺血期间凝血系统的活化，该研究将进一步阐明Thrombin的作用机制并拓展Thrombin抑制剂的应用范围，即缺血性脑卒中血流再通后，Thrombin抑制剂依然可通过抑制Thrombin的神经毒性发挥神经保护作用，这一发现将有助于进一步阐明脑卒中神经损伤的机制，为临床治疗提供新的靶标。