南方醫(yī)科大學發(fā)文：揭示血腦屏障修復治療靶向新策略
8月7日，南方醫(yī)科大學研究團隊在期刊《Cell Death&Disease》上發(fā)表了研究論文，題為“Hepcidin depending on astrocytic NEO1 ameliorates blood-brain barrier dysfunction after subarachnoid hemorrhage”，本研究闡明了星形膠質細胞Neogenin-1 (NEO1)在SAH后血腦屏障完整性中的關鍵作用，并研究了Hepcidin在NEO1介導的鐵穩(wěn)態(tài)破壞中對內皮細胞(EC)功能的調節(jié)作用。SAH患者腦脊液(CSF)的蛋白質組學分析顯示NEO1表達顯著降低，確定其是血腦屏障完整性的關鍵因素。111個CSF蛋白在SAH早期(1-3天)顯著減少，NEO1蛋白的變化較為顯著。這種失調與較差的患者預后有關, 實驗模型進一步強調了NEO1的重要性。本研究結果強調了星形細胞信號傳導和內皮功能在SAH病理生理中的復雜相互作用。通過透射電鏡和PECAM-1免疫染色證實，星形膠質細胞NEO1的缺失導致EC增殖增加和血腦屏障結構改變，表明受影響皮層血管密度增加。Hepcidin治療有效地逆轉了NEO1-cKO小鼠和SAH模型的EC功能障礙和血腦屏障破壞，突出了Hepcidin作為一種促進SAH后恢復和改善預后的治療藥物的潛力。
背景知識
蛛網膜下腔出血(SAH)是一種神經系統(tǒng)疾病，其特點是由于腦動脈瘤破裂而導致的高死亡率和高發(fā)病率。大約50%的幸存者有嚴重的神經損傷。盡管臨床干預取得了進展，但腦水腫是神經功能缺損和不良預后的主要原因，其有效管理仍然難以捉摸。腦水腫在綜合入院參數分析中被認為是唯一可接受治療干預的預后因素，強調了在這一領域進行有針對性研究的必要性。SAH后腦水腫發(fā)病機制的核心是血腦屏障(BBB)的破壞，血腦屏障是維持神經元穩(wěn)態(tài)所必需的復雜的多細胞血管結構。蛛網膜下腔出血后任何血腦屏障成分的破壞都會導致神經炎癥和神經變性。鑒于SAH模型小鼠在頸外動脈和頸總動脈分叉處表現出出血的傾向，對血腦屏障破壞的研究主要集中在鄰近的顳基底皮質。然而，該區(qū)域的生理功能并不能完全解釋該模型中觀察到的神經缺陷。
至關重要的是，一項采用表觀擴散系數的研究確定了SAH患者普遍存在的腦水腫，強調有必要探索顳基底皮質以外的血腦屏障完整性，特別是在SAH后的頂葉皮質。由內皮細胞(ECs)形成的腦血管是血腦屏障的核心成分。研究強調，在SAH后24小時，顳基底皮質內的腦血管(BV)密度顯著降低。星形膠質細胞的端足包裹著內皮細胞，在維持血腦屏障完整性方面發(fā)揮著重要作用。星形膠質細胞的保存已被證明可以預防SAH后血腦屏障的進一步破壞，盡管支撐這種保護作用的確切機制仍有待闡明。越來越多的證據表明，星形膠質細胞可能通過可溶性因子的分泌來調節(jié)腦內皮細胞的命運，但星形膠質細胞對SAH后內皮細胞的影響仍未被研究。
Hepcidin減輕NEO1-cKO小鼠和SAH模型的血腦屏障破壞
為了研究Hepcidin對內皮細胞（ECs）的影響，研究人員首先通過NEO1敲除星形膠質細胞（astrocytes）和EC共培養(yǎng)的遷移實驗確定了ECs和CM中Hepcidin的濃度。在涉及ECs和NEO1敲除（KO）星形膠質細胞條件培養(yǎng)基（CM）的共培養(yǎng)Transwell實驗中，根據先前在體外的研究結果，將600 nM、800 nM和1000 nM濃度的Hepcidin引入共培養(yǎng)介質中。研究人員觀察到，Hepcidin的施用導致EC鐵含量增加，800 nM和1000 nM組之間的鐵儲存蛋白（FTH和FTL）沒有顯著差異。此外，研究人員研究了800 nMHepcidin對EC增殖的影響，發(fā)現與NEO1 KO星形膠質細胞CM共培養(yǎng)時，EdU+ MBMECs減少。Hepcidin還減少了EC對NEO1 KO星形膠質細胞CM的遷移反應，并通過IF分析顯著減輕了CM從NEO1 KO星形膠質細胞誘導的MBMECs中囊泡的增加。值得注意的是，Hepcidin改善了與NEO1 KO星形膠質細胞CM共培養(yǎng)的MBMEC單層的通透性。
為了確定是否可以通過注射Hepcidin來修復NEO1-cKO小鼠的BBB損傷，研究人員將Hepcidin注射到NEO1-cKO小鼠的左側皮層，并向對側皮層注射PBS作為對照。免疫染色顯示，與對照側相比，Hepcidin治療的皮層中BV密度和3 kDa脫乙酰殼多糖的滲漏顯著降低。此外，Hepcidin治療的皮層中，皮層EC腔泡減少，Hepcidin逆轉了CM導致的NEO1 KO星形膠質細胞鐵含量的下降，這表明Hepcidin能夠有效減少異常BV血管生成并修復NEO1-cKO皮層的BBB損傷。
為了測試Hepcidin對SAH后皮質BVs的影響，研究人員將Hepcidin注入出血側的頂葉皮層。在SAH后7天的檢查中發(fā)現，與對照組相比，Hepcidin治療增加了皮質ECs中的FTH和FTL水平，并觀察到相應的FPN表達調整。3 kDa脫氧糖核糖核酸（DNA）探針實驗進一步證實了Hepcidin對BBB完整性的積極影響，顯示與對照組相比，Hepcidin處理的皮質中BV密度降低，脫氧糖核糖核酸泄漏減少。此外，Hepcidin治療后皮質ECs中的窗孔和小窩明顯減少。綜上所述，這些結果表明Hepcidin可以減輕SAH后皮質BBB的破壞。
Hepcidin改善SAH模型的皮質血管增加和BBB滲漏
研究小結
在這項研究中，研究人員確定腦脊液Neo1是SAH患者不良預后的生物標志物，將血腦屏障破壞與星形細胞Neo1介導的內皮功能障礙聯(lián)系起來。研究人員闡明星形細胞Neo1如何通過Hepcidin影響內皮細胞的鐵儲存和功能，強調Hepcidin在維持血腦屏障完整性中的保護作用。這凸顯了靶向Hepcidin作為SAH后血腦屏障修復治療策略的潛力。
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