Hydrogen Alleviates Neuronal Injury and Neuroinflammation Induced by Microglial Activation via the Nuclear Factor Erythroid 2-related Factor 2 Pathway in Sepsis-associated Encephalopathy

氫氣可減輕膿毒癥相關(guān)腦病中小膠質(zhì)細(xì)胞通過核因子紅細(xì)胞 2 相關(guān)因子 2 通路激活引起的神經(jīng)元損傷和神經(jīng)炎癥

來源：H. Chen et al. / Neuroscience 466 (2021) 87–100

 

1. 摘要核心內(nèi)容

 

本研究揭示了氫氣（H?） 通過激活核因子E2相關(guān)因子2（Nrf2）通路，抑制小膠質(zhì)細(xì)胞M1型極化，減輕膿毒癥相關(guān)腦?。⊿AE）的神經(jīng)炎癥和神經(jīng)元損傷。關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)：

 

神經(jīng)保護(hù)機(jī)制：

 

H?通過Nrf2通路抑制TLR4/NF-κB信號，減少促炎因子（TNF-α、IL-1β、HMGB1、NO）釋放（圖3, 圖5）。

 

 

 

H?促進(jìn)小膠質(zhì)細(xì)胞從促炎M1型（CD86?）向抗炎M2型（CD206?）極化（圖2, 圖6）。

 

 

 

H?降低神經(jīng)元凋亡（caspase-3↓、Bax/Bcl-2↓），改善認(rèn)知功能障礙（圖4, 圖8, 圖9）。

 

 

 

 

Nrf2依賴性：所有保護(hù)效應(yīng)在Nrf2基因敲除（Nrf2?/?）小鼠中消失（圖5-9）。

 

2. 研究目的

 

探究H?在SAE中調(diào)控神經(jīng)炎癥的分子機(jī)制，明確Nrf2通路在H?介導(dǎo)的神經(jīng)保護(hù)中的作用。

3. 研究思路

 

雙模型驗證→階段干預(yù)→表型與機(jī)制分析：

 

模型構(gòu)建：

 

體內(nèi)：盲腸結(jié)扎穿孔（CLP）誘導(dǎo)SAE小鼠模型，腹腔注射H?飽和生理鹽水（5 mL/kg）。

 

體外：LPS激活小膠質(zhì)細(xì)胞，用H?富集培養(yǎng)基處理，收集條件培養(yǎng)基刺激神經(jīng)元。

 

干預(yù)階段：

 

體內(nèi)：SAE后1 h和6 h給予H?。

 

體外：小膠質(zhì)細(xì)胞預(yù)處理H?后LPS刺激。

 

分析維度：

 

炎癥表型：小膠質(zhì)細(xì)胞極化（M1/M2）、細(xì)胞因子釋放。

 

神經(jīng)元損傷：凋亡標(biāo)志物（caspase-3、Bax/Bcl-2）、神經(jīng)元存活率。

 

認(rèn)知功能：Morris水迷宮測試（逃避潛伏期、平臺穿越次數(shù)）。

 

分子機(jī)制：Nrf2核轉(zhuǎn)位、TLR4/NF-κB通路活化。

 

4. 關(guān)鍵數(shù)據(jù)及研究意義

（1）炎癥調(diào)控（圖2, 圖3, 圖5, 圖6）

 

數(shù)據(jù)：

 

H?使LPS激活的小膠質(zhì)細(xì)胞中M1型（CD86?）↓30%，M2型（CD206?）↑40%（圖2B-D）。

 

SAE小鼠皮層TNF-α↓50%、IL-1β↓45%（圖5A-B），NF-κB磷酸化↓60%（圖3F）。

 

意義：證實H?通過Nrf2抑制神經(jīng)炎癥風(fēng)暴，為靶向小膠質(zhì)細(xì)胞極化提供新策略。

 

（2）神經(jīng)元保護(hù)（圖4, 圖8）

 

數(shù)據(jù)：

 

H?處理使神經(jīng)元凋亡率（TUNEL?）↓55%（圖8E），LDH釋放↓40%（圖4A）。

 

神經(jīng)元存活率↑35%（MTT assay，圖4E）。

 

意義：H?通過Nrf2阻斷小膠質(zhì)細(xì)胞介導(dǎo)的神經(jīng)毒性，維持神經(jīng)元存活。

 

（3）認(rèn)知功能改善（圖9）

 

數(shù)據(jù)：

 

H?使SAE小鼠逃避潛伏期↓40%（圖9A），平臺穿越次數(shù)↑2.5倍（圖9B）。

 

目標(biāo)象限停留時間↑50%（圖9C）。

 

意義：H?依賴Nrf2逆轉(zhuǎn)SAE誘導(dǎo)的認(rèn)知障礙，關(guān)聯(lián)神經(jīng)炎癥與行為學(xué)損傷。

 

（4）Nrf2通路的核心作用（圖1, 圖7）

 

數(shù)據(jù)：

 

LPS激活小膠質(zhì)細(xì)胞后Nrf2核轉(zhuǎn)位↑3倍（圖1B-C），H?進(jìn)一步↑2倍（圖7B-C）。

 

Nrf2?/?小鼠中H?的保護(hù)效應(yīng)完全消失（圖5-9）。

 

意義：Nrf2是H?抗炎與神經(jīng)保護(hù)的必需樞紐，為SAE治療提供精準(zhǔn)靶點。

 

5. 核心結(jié)論

 

Nrf2依賴性機(jī)制：H?通過激活Nrf2通路，抑制TLR4/NF-κB信號，減少促炎因子釋放。

 

小膠質(zhì)細(xì)胞極化調(diào)控：H?促進(jìn)M2型極化，減輕神經(jīng)炎癥。

 

神經(jīng)保護(hù)與認(rèn)知改善：H?降低神經(jīng)元凋亡，改善SAE認(rèn)知功能障礙，且所有效應(yīng)均依賴Nrf2。

 

治療啟示：H?可作為SAE的潛在治療劑，靶向Nrf2通路調(diào)控神經(jīng)免疫穩(wěn)態(tài)。

 

6. 丹麥Unisense電極的研究意義

 

技術(shù)原理與數(shù)據(jù)：

 

功能：用于檢測H?在培養(yǎng)基和生理鹽水中的溶解濃度（方法部分）。

 

關(guān)鍵參數(shù)：電極確認(rèn)H?飽和濃度為0.6 mM（0.5 MPa壓力下溶解4小時）。

 

質(zhì)控作用：確保實驗所用H?濃度一致性（每周新鮮配制）。

 

科學(xué)價值：

 

標(biāo)準(zhǔn)化干預(yù)：Unisense電極提供精確的H?濃度監(jiān)控，消除因溶解差異導(dǎo)致的實驗偏差。

 

跨研究可比性：為H?治療研究建立可重復(fù)的濃度基準(zhǔn)（0.6 mM），促進(jìn)不同模型間結(jié)果對比。

 

機(jī)制可靠性：濃度可控性支撐了Nrf2通路機(jī)制的嚴(yán)謹(jǐn)性，排除濃度波動對結(jié)論的干擾。

 

領(lǐng)域貢獻(xiàn)：

 

解決氣體治療研究中濃度標(biāo)準(zhǔn)化難題，為氫氣醫(yī)學(xué)的轉(zhuǎn)化研究提供技術(shù)支撐。