Hydrogen gas alleviates blood-brain barrier impairment and cognitive dysfunction of septic mice in an Nrf2-dependent pathway

氫氣通過 Nrf2 依賴性途徑減輕膿毒癥小鼠的血腦屏障損傷和認(rèn)知功能障礙

來源：International Immunopharmacology 85 (2020) 106585

 

1. 論文摘要核心內(nèi)容

 

研究證實(shí)氫氣（H?）通過激活Nrf2通路保護(hù)血腦屏障（BBB），減輕膿毒癥相關(guān)腦?。⊿AE）的認(rèn)知障礙：

 

 

SAE模型（盲腸結(jié)扎穿孔術(shù)CLP）破壞BBB完整性，導(dǎo)致腦水腫、炎癥因子浸潤(rùn)和認(rèn)知功能障礙（圖6-8）。

 

 

 

 

氫氣干預(yù)（2% H?吸入）顯著提高野生型（WT）小鼠生存率（圖3），改善空間記憶（Morris水迷宮測(cè)試，圖4），降低氧化應(yīng)激（MDA↓、8-iso-PGF2α↓）和炎癥因子（TNF-α、IL-6、HMGB1↓），同時(shí)上調(diào)抗氧化酶（SOD↑、CAT↑）和抗炎因子IL-10（圖5）。

 

 

 

機(jī)制核心：氫氣通過Nrf2依賴途徑上調(diào)緊密連接蛋白（ZO-1）和黏附連接蛋白（VE-cadherin），抑制β-catenin磷酸化，從而修復(fù)BBB（圖7-8）。在Nrf2基因敲除（KO）小鼠中，氫氣保護(hù)作用完全消失。

 

結(jié)論：氫氣通過Nrf2通路維持BBB完整性，是治療SAE的潛在策略。

 

2. 研究目的

 

探究氫氣緩解SAE的分子機(jī)制，重點(diǎn)驗(yàn)證：

 

氫氣是否通過Nrf2通路保護(hù)BBB完整性，進(jìn)而改善膿毒癥誘導(dǎo)的認(rèn)知功能障礙？

 

旨在為SAE提供基于氣體分子的神經(jīng)保護(hù)方案。

3. 研究思路

 

1.動(dòng)物與細(xì)胞模型：

 

體內(nèi)：WT與Nrf2 KO小鼠接受CLP術(shù)誘導(dǎo)SAE，氫氣干預(yù)（2% H?吸入，1h/6h術(shù)后）。

 

體外：bEnd.3腦微血管內(nèi)皮細(xì)胞經(jīng)LPS刺激模擬炎癥，氫氣富集培養(yǎng)基處理（圖1）。

 

 

2.關(guān)鍵干預(yù)：

 

Nrf2抑制劑ML385用于細(xì)胞實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證通路特異性（圖8）。

3.多維度評(píng)估：

 

生存與認(rèn)知：7天生存率（圖3）、Morris水迷宮測(cè)試（圖4）。

 

氧化應(yīng)激與炎癥：SOD、CAT、MDA、8-iso-PGF2α、TNF-α、IL-6、HMGB1、IL-10（ELISA，圖5）。

 

BBB完整性：腦水含量（圖6D）、Evans藍(lán)滲出（圖6C）、葡聚糖示蹤（圖6A-B）、緊密連接蛋白（ZO-1/VE-cadherin/β-catenin，Western blot，圖7-8）。

 

4. 關(guān)鍵數(shù)據(jù)及研究意義

(1) 生存率與認(rèn)知功能（圖3-4）

 

數(shù)據(jù)：

 

CLP組7天生存率顯著降低（WT: 40% → H?干預(yù)后↑65%；Nrf2 KO無改善）。

 

氫氣縮短Morris水迷宮逃避潛伏期（WT: ↓35%），增加平臺(tái)穿越次數(shù)（↑50%），Nrf2 KO無效（圖4）。

 

意義：確立氫氣對(duì)SAE生存率和認(rèn)知功能的保護(hù)作用嚴(yán)格依賴Nrf2通路。

 

(2) 氧化應(yīng)激與炎癥平衡（圖5）

 

數(shù)據(jù)：

 

氫氣降低氧化產(chǎn)物（MDA↓40%、8-iso-PGF2α↓35%）和促炎因子（TNF-α↓45%、IL-6↓38%、HMGB1↓42%），提升抗氧化酶（SOD↑30%、CAT↑25%）和抗炎因子IL-10（↑50%），僅限WT小鼠。

 

意義：氫氣通過Nrf2通路重建氧化-炎癥平衡，減輕腦損傷。

 

(3) BBB完整性保護(hù)（圖6-8）

 

數(shù)據(jù)：

 

通透性指標(biāo)：氫氣減少腦水含量（↓18%）、Evans藍(lán)滲出（↓32%）、血管外葡聚糖（↓40%）（圖6）。

 

連接蛋白：氫氣上調(diào)ZO-1（↑2.1倍）、VE-cadherin（↑1.8倍），抑制β-catenin磷酸化（p-β-catenin↓45%）（圖7-8）。

 

Nrf2依賴性：所有保護(hù)效應(yīng)在Nrf2 KO小鼠或ML385處理的細(xì)胞中消失（圖8）。

 

意義：首次揭示氫氣通過Nrf2-ZO-1/VE-cadherin軸修復(fù)BBB結(jié)構(gòu)，為SAE治療提供新靶點(diǎn)。

 

5. 丹麥Unisense電極數(shù)據(jù)的核心意義

(1) 技術(shù)實(shí)現(xiàn)與方法

 

實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)：Unisense針型傳感器植入小鼠腦實(shí)質(zhì)，動(dòng)態(tài)檢測(cè)H?濃度變化（方法部分）。

 

藥代動(dòng)力學(xué)：

 

H?吸入后45分鐘達(dá)腦內(nèi)峰值濃度（0.6 mmol/L），60分鐘維持穩(wěn)定（圖2A,C）。

 

停吸后濃度快速衰減，30分鐘降至基線（圖2B,D）。

 

質(zhì)量控制：確保所有實(shí)驗(yàn)使用標(biāo)準(zhǔn)化H?劑量（2%吸入濃度），排除給藥偏差。

 

(2) 科學(xué)價(jià)值

 

1.治療窗界定：

 

腦內(nèi)H?濃度峰值與BBB修復(fù)、認(rèn)知改善時(shí)程吻合（圖4/6/7），明確45-60分鐘為最佳暴露時(shí)長(zhǎng)。

2.機(jī)制關(guān)聯(lián)性：

 

H?濃度曲線（圖2）與Nrf2激活（圖7）、ZO-1上調(diào)（圖8）同步變化，證實(shí)氫氣效應(yīng)具有濃度-效應(yīng)依賴性。

3.轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)橋梁：

 

提供臨床吸入方案參數(shù)（2%濃度，45分鐘/次），為氫氣療法標(biāo)準(zhǔn)化奠定基礎(chǔ)。

 

(3) 獨(dú)特優(yōu)勢(shì)

 

不可替代性：傳統(tǒng)方法無法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溶解H?，Unisense是鏈接H?給藥-腦內(nèi)分布-生物效應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)（圖2）。

 

跨疾病應(yīng)用：該技術(shù)可推廣至其他氣體治療研究（如CO、NO）的腦內(nèi)藥代動(dòng)力學(xué)評(píng)估。

 

6. 研究結(jié)論

 

1.分子機(jī)制：SAE→BBB破壞→認(rèn)知障礙；氫氣→激活Nrf2→上調(diào)ZO-1/VE-cadherin→修復(fù)BBB→減輕腦損傷。

2.通路特異性：氫氣保護(hù)作用嚴(yán)格依賴Nrf2，KO小鼠中完全失效。

3.治療價(jià)值：氫氣吸入為SAE提供無創(chuàng)神經(jīng)保護(hù)方案，Unisense電極確保治療可重復(fù)性。

 

7. 核心圖示

 

[SAE] → [BBB破壞] → [腦水腫/炎癥] → [認(rèn)知障礙]

↓

[H?激活Nrf2] → [ZO-1↑/VE-cadherin↑] → [BBB修復(fù)]

 

Unisense電極：實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)腦內(nèi)H?濃度，保障治療精準(zhǔn)性

 

研究啟示：

 

Unisense電極是氫氣醫(yī)學(xué)研究的金標(biāo)準(zhǔn)工具，其提供的腦內(nèi)實(shí)時(shí)藥代動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)（圖2）為機(jī)制研究與臨床轉(zhuǎn)化架起橋梁，未來需探索其在個(gè)體化氣體治療中的應(yīng)用。