Nrf2在氢气治疗脊髓缺血再灌注损伤中的作用及机制

Spinal cord ischemia is a common complication after the operation of thoraco-abdominal aorta and spinal cord, which can cause spinal cord dysfunction, even paraplegia. We firstly reported that hydrogen gas (H2) had a protective effect against spinal cord ischemia-reperfusion (I/R) damage, however, the mechanism is unclear. The protective role of H2 is significantly associated with the increase of anti-oxidant enzymatic activities, and Nrf2 is the key molecule directly regulating anti-oxidant enzymes. Our preliminary experiment showed that H2 could improve the Nrf2 expression in spinal cord. Therefore, we hypothesized that Nrf2 play an important role in protective effects of hydrogen gas against spinal cord I/R damage. Using the methods of ethology, morphology and molecular biology, this study was designed in vivo and in vitro to investigate: 1) the best treatment protocol of H2 against spinal cord I/R damage; 2) the changes of Nrf2 mRNA and protein, location and nuclear translocation activity in spinal cord tissue, and the expression and activities of downstream target gene (GSTs, HO-1); 3) the protective effects of H2 after using the activator and inhibitor of Nrf2. This study will prove whether Nrf2 play an important role in H2 against spinal cord I/R damage. It will offer new targets for development of neuroprotective drugs

脊髓缺血性损伤是胸腹主动脉及脊柱手术后常见并发症之一，严重者可引起脊髓功能障碍，甚至截瘫。我们在国际上首次报道氢气对脊髓缺血再灌注损伤具有显著的保护作用，然而其机制尚未阐明。氢气的保护作用与脊髓抗氧化酶活性升高密切相关，而Nrf2是直接调控抗氧化酶表达的关键分子。预实验发现氢气治疗可提供脊髓Nrf2的表达。因此，我们推测：Nrf2在氢气治疗脊髓缺血再灌注损伤中起重要作用。本项目拟在动物和细胞水平运用行为学、形态学和分子生物学等方法，探讨氢气治疗脊髓缺血再灌注损伤的最佳方案，检测脊髓组织中Nrf2的基因转录、蛋白表达和定位以及核转位活性等变化，进一步观察其下游分子HO-1、GSTs等变化，同时利用相关干预剂，明确Nrf2是否在氢气治疗脊髓缺血再灌注损伤中发挥重要作用，深入探讨氢气神经保护的分子机制，为脊髓缺血性损伤的防护及研制神经保护药物提供新视角。

急性肺损伤（ALI）是一种炎症性疾病具有高死亡率，特别见于脓毒症病人。脓毒症及其相关性肺损伤是住院患者主要的死亡原因之一。七氟醚是临床中经常使用的麻醉气体，亚麻醉剂量的七氟醚被用于 ICU 病人的镇静，并且高于空气中氧气浓度的氧又是临床经常使用的，尤其是对重症患者常被用作支持治疗手段之一。此外研究表明，一氧化氮（NO）是有效的杀菌分子，增强 NO 介导的细菌清除机制可提高脓毒症动物的存活率。在此次研究中，我们小组成员第一次观察到吸入 0.5MAC 七氟醚复合 60％氧气短时吸入对脓毒症具有很好的保护作用。首先，我们发现，在盲肠结扎穿刺（CLP）和腹腔注射脂多糖（LPS）两种脓毒症模型中，0.5MAC七氟醚复合60%氧干预可以提高大鼠7天存活率； 0.5MAC七氟醚复合60%氧干预通过降低肺炎症反应并保护皮细胞和上皮屏障，强细菌清除能力，减弱脓毒症鼠的肺损伤，改善脓毒症鼠的肺功能。此外，在离体细胞LPS模型上，0.5MAC七氟醚复合60%氧干预可通过抑制NF-kappa B通路的激活、显著抑制LPS刺激所致RAW264.7巨噬细胞释放炎症因子的增加。并且，本实验进一步证明了，0.5MAC 七氟醚复合 60％氧改善脓毒症鼠的生存率是通过增强一氧化氮（NO）介导的细菌清除机制。这些研究结果表明，亚麻醉剂量的七氟醚复合 60％的氧气可有效改善脓毒症及其相关肺损伤，并增强 NO 介导的细菌清除能力，有更好的临床应用前景。