CXCR2在脓毒症脑病中调控脑内皮细胞激活影响中性粒细胞穿越入脑的机制研究

Septic encephalopathy(SE) is characterized by brain dysfunction secondary to systemic inflammation, in which neutrophil infiltration into brain plays a significant role. Blood-brain barrier breakdown induced by cerebral endothelial activation is essential for neutrophil migration into brain. Our previous work observed that CXCR2 is critical for cerebral endothelial activation in the CNS inflammation. CXCR2 deficiency also reduced the infiltrated neutrophils into brain in the murine SE model. However, the mechanisms remain unclear. In the current study, we will determine whether CXCR2 targets in regulating cerebral endothelial activation to affect the transendothelial migration of neutrophils. Then we will determine whether CXCR2 regulates the expression and distribution of junction proteins or F-actin cytoskeleton rearrangement via the interaction with CXCL1, CXCL2 or CXCL5, which could provide transendothelial passage for the transendothelial migration of neutrophils by loosening the junctions between the adjacent endothelial cells. In addition, we will further determine the molecular signaling pathways of CXCR2 in the regulation of cerebral endothelial activation. This study will help advance the interpretation of SE pathogenesis, and provide experimental basis and more effective therapeutic strategies for the clinical treatment of SE.

脓毒症脑病(SE)是全身性炎症反应引起的脑功能障碍，中性粒细胞的脑内浸润在SE发病中起重要作用。脑内皮细胞激活导致的血脑屏障破坏是中性粒细胞迁移入脑的重要前提，我们的前期工作发现CXCR2在中枢神经系统炎症的脑内皮细胞激活中扮演重要角色，在SE模型中CXCR2缺失减少了中性粒细胞的迁移入脑，但其确切机制尚不清楚。本项目拟进一步研究CXCR2在SE模型中是否通过调控脑内皮细胞激活影响中性粒细胞的穿越过程；然后探讨脑内皮细胞CXCR2通过结合哪种关键趋化因子（CXCL1，CXCL2或CXCL5）,调节脑内皮细胞间连接蛋白的表达分布或纤维状肌动蛋白(F-actin)的骨架重排，使得脑内皮细胞之间的连接疏松，为中性粒细胞穿越脑内皮细胞间隙提供通道；最后阐明CXCR2调控脑内皮细胞激活的具体分子机制。本研究对揭示SE的发病机制具有重要意义，并为该病的临床治疗提供理论基础和有利方案。

研究背景：脓毒症脑病（SE）是严重脓毒症患者常见的并发症之一，它是由全身性炎症反应引起的弥漫性脑功能障碍。SE伴随着脑血管损伤、血管内皮细胞通透性变化和中性粒细胞的浸润，进而导致脑水肿和神经元细胞凋亡。研究表明，SE期间中性粒细胞的迁移发挥至关重要的作用，但是CXCR2在SE中所发挥的作用及其机制尚未阐述清楚，尤其是它们在中性粒细胞迁移过程中对脑内皮细胞激活的影响尚未明确。.研究方法：体内实验以LPS腹腔注射的方法建立小鼠脓毒症脑病模型，利用组化及活体显微镜方法检测CXCR2缺陷和CXCR2拮抗剂SB225002对中性粒细胞招募入脑的影响；体外实验以bEND.3细胞和原代脑内皮细胞为对象，利用Western Blotting和免疫荧光技术检测连接蛋白的表达和细胞骨架F-actin的排列。.研究结果：在LPS腹腔注射构建的小鼠脓毒症脑病模型中，小鼠脑实质内趋化因子CXCL1和炎性细胞因子TNF-α的表达水平显著升高，而且脑皮质区域浸润的中性粒细胞数目也明显增多，然而CXCR2缺陷和CXCR2拮抗剂SB225002处理可显著减少脑皮质区域浸润的中性粒细胞数目。此外，我们检测到脓毒症脑病小鼠的外周循环中中性粒细胞CXCR2的表达显著下调，而脑实质内和脑内皮细胞CXCR2的表达则显著上调， 但是活体显微镜结果显示在SE模型中，CXCR2拮抗剂SB225002处理并不影响中性粒细胞在脑血管表面滚动和粘附的情况，进一步我们证实了CXCL1刺激脑内皮细胞可诱导细胞骨架蛋白纤维型肌动蛋白（F-actin）应力纤维合成增多，细胞间隙的形成显著增多，而且CXCL1刺激使得脑内皮细胞连接蛋白ZO-1表达减少，SB225002均可抑制此作用。.结论：在大剂量LPS诱导的SE模型中，CXCR2通过调控脑内皮细胞骨架重排和连接蛋白表达改变血脑屏障通透性进而影响中性粒细胞迁移入脑的穿越步骤，提示了CXCR2拮抗剂SB225002在SE中调控血脑屏障通透性的临床治疗潜力。