Nrf2-Keap1-ARE信号通路在脊髓损伤后胶质瘢痕形成中的作用及机制研究

In spite of years of study, there is no specific treatment for improving the outcome of patients with the spinal cord injury (SCI) at present. Glial scar is regarded as important barrier for axon regeneration, however, the mechanism of the formation of glial scar following SCI remains unclear. Studies have indicated that inflammation is one of the important factors involved in the formation of glial scar. It is also well documened that NF-erythroid 2–related factor 2 (Nrf2) has the anti-inflammatory properties that is likely protected from damage in many injury animal, but there is no paper in the formation of glial scar following SCI. Our study show that C5a may be harmful to the repair of spinal cord injury by enhancing the inflammatory reaction and glial scar formation , then affect the function of hindlimb in mice. . Based on these findings,we hypothesized that Nrf2 activation may be able to reduce the formation of glial scar by inhibiting inflammation. To test this hypotheis, we will investigate the role of Nrf2-Keap1-ARE pathway in the formation of glial scar after SCI in mice. The findings will provide key insights into understanding the mechanisms involved in the formation of glial scar and as well as creating novel therapeutic approaches for SCI.

脊髓损伤(SCI)是神经系统的高发疾病，迄今为止临床上尚缺乏切实有效的治疗手段。胶质瘢痕形成在脊髓损伤过程中有发挥重要作用，被认为是阻止轴突再生的主要因素，其机制目前尚不清楚。目前研究认为胶质瘢痕的形成与炎症关系密切。Nrf2-Keap1-ARE信号通路可在多种器官损伤模型中发挥抗炎作用，但在胶质瘢痕的形成中未见相关报道。我们前期实验证实，通过补体C5a途径减轻炎症反应，可减轻小鼠SCI后胶质瘢痕形成，进而改善后肢功能，结合相关研究，我们提出假设，通过Nrf2-Keap1-ARE信号通道减轻炎症反应而抑制胶质瘢痕形成，改善小鼠后肢功能。本实验中，我们在体内和体外实验中，上调或下调Nrf2-Keap1-ARE信号通道，验证其在胶质瘢痕形成中的机制，为中枢神经系统损伤修复提供理论基础和实验策略。

脊髓损伤(SCI)目前缺乏有效的治疗手段。SCI后胶质瘢痕的形成为轴突再生的主要障碍之一，过度的星形胶质细胞活化及炎症反应在SCI后胶质瘢痕的形成起着重要作用，转录因子Nrf2在多种疾病模型中可抑制炎症反应，而在对脊髓损伤后胶质瘢痕及神经再生方面的研究较少。本研究主要阐明胶质瘢痕形成中的炎症作用途径，明确 Nrf2-Keap1-ARE 信号通道在 SCI 后胶质瘢痕形成中的作用及其可能分子机制。体内实验，选用 ICR 小鼠(Nrf2+/+、Nrf2-/-) 建立脊髓损伤模型，采用Nrf2的激动剂莱菔硫烷（SFN）和基因敲除对Nrf2进行正反向调控，结果示：SCI早期SFN上调Nrf2 后可显著减少胞浆pIκBα及 胞核 NF-κb(p65)表达量，进一步检测示NF-κb 下游炎症因子TNF-α、IL-1β 蛋白和 mRNA 表达量均下降，Nrf2 敲除后结果相反。 SCI后上调Nrf2损伤处脊髓早期及晚期GFAP、CSPG 表达均降低，晚期神经轴突再生标志性蛋白GAP-43 上调，后肢功能BMS 评分升高，Nrf2 敲除后亦出现相反的结果。体内实验结果得出以下结论：SCI后 Nrf2 可能通过抑制 IκBα 磷酸化而抑制 NF-κb 活化，降低下游炎症因子TNF-α、IL-1β 的表达而抑制炎症反应，抑制脊髓损伤后 GFAP、CSPG 等的表达，减少胶质瘢痕形成，上调 GAP-43 表达，提高轴突再生能力，上述作用共同促进脊髓损伤后神经功能恢复。 体外实验，采用LPS诱导星形胶质细胞活化，对Nrf2进行调控，结果示：Nrf2的激动剂SFN减少LPS刺激下星形胶质细胞活化标志物GFAP、Neurocan的表达，降低细胞内增加的ROS，可以抑制P38MAPK的磷酸化，而Nrf2敲除星形胶质细胞则结果相反。20uM SFN可以降低LPS诱导的星形胶质细胞处于S期及S+G2/M期细胞的比例，降低PCNA、CyclinD1的表达，提高P27kip1的表达。体外实验结果结论：Nrf2可以抑制LPS刺激的星形胶质细胞活化，其可能机制是通过抑制ROS的产生及P38MAPK的磷酸化；SFN可以抑制LPS诱导的星形胶质细胞的增殖，其机制可能为调控PCNA、CyclinD1及P27kip1等周期相关蛋白的表达。本课题的研究结果为SCI后寻求新的药物治疗及治疗方案提供理论依据。