氢气抑制自噬保护脑血管内皮细胞

氢气对脑外伤的治疗作用,目前只见于动物实验模型,比较多的研究来自北京天坛医院神经外科,采用注射氢气生理盐水和饮用氢水的方法,证明氢气对脑外伤具有治疗作用。但是氢气对脑损伤治疗的分子基础研究仍然比较少,这是开展更多研究的重要基础。开展全面的效应机制研究,也给氢气对这类疾病具有治疗作用提供更多研究证据。随着这类证据的增加,可以推动人们开展氢气治疗的临床研究,例如根据这些研究,鼓励临床研究学者对脑外伤的患者采用氢气治疗,而脑外伤虽然有许多治疗方法,但治疗效果仍然不够理想,如果氢气对脑外伤治疗有效,将给这类意外伤的治疗提供新的策略。

2020年4月天津医科大学王一峰等发表最新研究论文,采用体外细胞模型,证明了氢气对脑血管内皮细胞损伤具有治疗作用,且从细胞自噬和经典细胞保护信号通路PI3K / Akt/ GSK3β角度对氢气的效应进行了更全面研究。这一最新研究论文发表在《神经研究》杂志上。我们这类摘要给大家介绍,希望对氢气医学研究有兴趣的同仁有帮助,更有价值更准确的信息需要阅读原文。

文章摘要

研究目的:外伤性脑损伤(TBI)是世界上最严重的公共卫生问题之一。每年都有大量患者死于外伤脑损伤,有更多患者因为该病导致不同程度的后遗症,给患者和家庭造成严重危害和负担。氢气(H)是一种易燃、无色、无嗅的气体,已被观察到对脑损伤和其他神经系统疾病有预防和治疗作用,但其确切机制尚未完全阐明。

研究方法:为了进一步研究氢气在减轻脑外伤后血脑屏障损伤中的作用机制,我们对体外培养的脑微血管内皮细胞进行了划伤模型的研究。

研究结果:在创伤性脑损伤情况下,氢气可改善创伤性脑损伤引起的细胞活力下降。更重要的是,PI3 K / Akt / GSK3β信号途径的抑制或激活自噬细胞生存能力降低氢的保护作用。结果表明氢气对内皮细胞损伤的这种保护作用是由PI3 K / Akt / GSK3β信号途径,其作用和自噬被抑制相关。

研究结论:氢气能提高细胞生存能力,氢气保护创伤性脑损伤的微血管内皮细胞模型部分通过抑制自噬,氢抑制自噬作用是通过激活产生PI3 K / Akt / GSK3β信号途径实现的。这些发现丰富了我们对氢气治疗脑外伤机制的认识。

研究重点介绍

外伤性脑损伤(TBI)是一个日益严重的公共卫生问题,每年影响着全世界5000多万人。TBI有很高的死亡率和致残率,会给患者、家庭和社会带来了巨大的负担。TBI可引起多种类型原发性损伤,如组织破坏、脑出血、轴突剪切和血脑屏障损伤。血脑屏障BBB损伤是TBI后极其重要的病理改变,可进一步引起脑水肿、颅内血液循环障碍、脑脊液循环障碍、颅内压增高。由血脑屏障损伤引起的上述异常可引起一系列复杂分子和细胞病理反应,如氧化应激、钙离子超载、线粒体损伤、谷氨酸兴奋性毒性和神经炎症,从而导致更大范围的颅内损伤。

氢气是一种易燃、无色、无味的气体。大量研究发现氢气可对多种疾病尤其是脑外伤和其他神经系统疾病的治疗效果。王等在研究中发现,氢气通过增加miR-21的表达来减轻脑水肿和降低血脑屏障通透性,从而在TBI后获得更好的预后。鑫等揭示氢气通过调节炎症和凋亡显著减轻手术引起的认知功能损害,并显著改善术后血脑屏障完整性。此外,富氢水对神经退行性改变的治疗作用与氢气相似。在Tian等研究中,TBI大鼠表现出明显脑损伤,其特征是脑血脑屏障通透性增加、脑水肿和神经功能障碍,富氢水能改善TBI造成的后果。因此,氢对脑外伤及其他疾病中血脑屏障损伤的保护作用已初步得到证实,但其确切机制尚未完全阐明。

自噬是指真核细胞消除的一组古老的进化机制。Sarkar等研究发现,脑外伤后神经元细胞凋亡与自噬的失调有关。陈等报道称,TBI后神经元损伤中连接蛋白缝隙连接的衰减与神经元变性和自噬的大量诱导是一致的。因此,TBI中自噬被激活,并与神经损伤相关。然而,自噬在脑血屏障或TBI诱导的内皮细胞损伤中的潜在作用尚不清楚。

GSK-3β是一种进化保守的丝氨酸激酶,可以调节自噬在创伤性脑损伤。磷脂酰肌醇3激酶(PI3 K) /蛋白激酶B(一种蛋白激酶) 在细胞生存、增长和扩散等信号通路中扮演重要角色,也是一个常见的GSK-3β上游信号通路。Thabet等表明,芦丁提供对γ射线诱导脑损伤保护作用通过激活PI3 K / AKT / GSK-3β途径,通过清除自由基及抗炎作用,参与脑损伤保护。陈等发现富氢水可减轻脑损伤引起的心肺旁路,抑制微血管内皮细胞凋亡通过PI3 K / Akt / GSK3β信号通路。

综上所述,我们假设氢气对脑外伤后血脑屏障破坏发挥保护作用,这种作用可通过抑制内皮细胞自噬和激活PI3 K / Akt / GSK3β途径。本研究中使用小鼠大脑内皮细胞系建立TBI微血管内皮细胞模型,验证了我们的假设。

划伤模型建立

为了研究TBI后BBB的病理变化,采用了弯曲划痕细胞损伤模型。

富氢培养基的制备和储存方法与前人一致。简单地说,用氢气发生器产生氢气,然后用特殊导管在高压下溶解到DMEM中4小时(0.4Mpa)至过饱和水平,以产生富氢培养基。对富氢培养基进行过滤去除细菌,然后进行细胞培养。富氢培养基制备完成后,立即用针式氢传感器(Unisense )检测培养基中的氢浓度。

看最后一张图的上下对比

脑外伤后BBB损伤是一种非常重要的病理变化。会导致中枢神经系统内稳态的丧失,并且与原发性损伤相比,常常会导致更广泛、更严重的紊乱。因此,对脑外伤后BBB损伤的及时处理,有可能防止病情进一步发展,具有重要的临床意义。脑微血管内皮细胞,也被称为脑毛细血管内皮细胞,构成微血管内皮屏障,是高度特化的BBB的组成部分。因此,我们采用取自BALB/c小鼠脑内皮细胞,通过人工抓挠建立体外TBI模型,这是一种被广泛认可的建立模型的方法。在本研究中,经过划痕处理的细胞表现出明显的下降趋势。

在这项研究中,我们发现正常情况氢不影响细胞的生存能力,自噬和蛋白表达PI3 K / Akt / GSK3β信号途径。但在创伤性脑损伤的情况下,氢气能够改善创伤性脑损伤引起的细胞活力下降。更重要的是,PI3 K / Akt / GSK3β信号途径的抑制或激活自噬细胞生存能力降低氢的保护作用,表明这种保护作用是由PI3 K / Akt / GSK3β信号途径,抑制自噬相关。

自噬在脑损伤中起着不确定的作用。有报道认为抑制自噬有助于控制TBI的发展,也有报道认为激活自噬对TBI的损伤具有保护作用。因此,自噬可能在损伤后发挥有益或有害的功能作用。在我们的研究中,发现氢对血脑屏障损伤的保护作用部分是通过抑制内皮细胞自噬来实现的。值得一提的是,这些研究的重点是神经组织,主要表现为神经元的自噬。

然而,本研究存在一个局限性。在体内刺激自噬最常用的药物是雷帕霉素激酶的机制靶点雷帕霉素抑制剂。Ly294002是一种非选择性pi3k抑制剂,对其他激酶有脱靶作用。未来的研究需要解释氢气处理TBI的机制。在我们的研究结果中,促进自噬通量的药理学调节已被证明可以逆转TBI中的氢气神经保护。然而,除了自噬,雷帕霉素还会影响其他细胞功能,如蛋白质合成、细胞增殖和免疫反应。因此,还需要进一步的研究来证实雷帕霉素的作用是通过自噬-溶酶体途径介导的。

Yifeng Wang, (2020): , Neurological Research,

DOI: 10.1080/01616412.2020.1747717

■吸氢辅助治疗癌症,立即大幅度减少抵抗肿瘤的费用!添加微信13506596486了解吸氢机的价格和使用注意事项。