硫化氢在中枢神经系统结核血脑屏障破坏过程中的作用及其机制研究

Hydrogen sulfide is now considered as an important gaseotransmitter and neuromodulator and plays a key role in many pathophysiological processes in mammalian tissues. We previously found that hydrogen sulfide could mediate blood brain barrier (BBB) disruption in mice following transient focal cerebral ischemia. On the other hand, central nervous system (CNS) tuberculosis is believed to develop when Mycobacterium tuberculosis (MT) breaches BBB, which leads to the development of parenchymal and meningeal tuberculomas, whereas the detailed mechanisms are poorly understood. MT invades and traverses BBB as free organisms by inducing actin cytoskeleton rearrangements that are analogous to the effects of hydrogen sulfide as we found. Meanwhile, particular genes required for MT invasion and survival in CNS are closely related to hydrogen sulfide metabolisms. In addition, hydrogen sulfide that can be endogenously produced in MT has been demonstrated as the universal defense against antibiotics and oxidative stress in bacteria including MT. We thus hypothesize that hydrogen sulfide is the critical virulence factor that mediates BBB disruption in CNS tuberculosis. In order to further illuminate the pathogenesis of CNS tuberculosis, we will use pharmacological and genetic methods in the present study to determine the role of hydrogen sulfide in both vitro and vivo models of MT-mediated BBB disruption with human brain microvascular endothelial cells and guinea pigs.

硫化氢是一种重要的气体递质和神经调质，在哺乳动物体内许多病理生理过程中发挥重要作用。我们前期研究发现硫化氢可以介导血脑屏障的破坏。中枢神经系统结核近年来发病率增加，其具体的发病机制仍欠明确，但其核心环节为结核杆菌破坏血脑屏障。研究发现结核杆菌是以独立病原体的形式穿过构成血脑屏障的血管内皮细胞，其作用方式为诱导内皮细胞肌动蛋白重排，而我们发现硫化氢可以通过诱使内皮细胞肌动蛋白重排改变内皮功能。同时，与结核杆菌中枢神经系统特异性侵犯相关的基因与硫化氢代谢密切相关。介于结核杆菌可经内源性的酶合成硫化氢，我们假设硫化氢是结核杆菌中枢神经系统侵犯的关键毒力因子，介导了中枢神经系统结核血脑屏障的破坏。在本课题中我们拟采用基因和药物干预的办法，评价硫化氢在结核杆菌侵犯由人脑微血管内皮细胞和豚鼠构建的体内外血脑屏障模型中的作用，以揭示中枢神经系统结核在分子层面的发病机制。

硫化氢是一种重要的气体递质和神经调质，在哺乳动物体内许多病理生理过程中发挥重要作用。中枢神经系统结核是常见的肺外结核感染，然而其具体的发病机制仍欠明确，但其核心环节为结核杆菌破坏血脑屏障。在本课题中，我们构建体外脑微血管内皮细胞血脑屏障模型，培养并使用结核杆菌H37RV菌株，通过结核杆菌对血脑屏障模型的侵入试验及穿越试验，发现H2S抑制剂AOAA可以明显减少结核杆菌对血脑屏障内皮细胞的侵入及穿越，并且我们还通过荧光共聚焦显微技术发现结核杆菌对血脑屏障的侵入及穿越导致了内皮细胞细胞骨架肌动蛋白微丝结构发生重构，形成肌动蛋白应力纤维，从而使血脑屏障的完整性及通透性发生改变，而抑制H2S也同样可以减少这种亚细胞结构的重构，减轻血脑屏障的破坏，因此，H2S可能作为一种重要的信号分子，通过诱导细胞骨架肌动蛋白的重构，介导了结核杆菌对血脑屏障的侵犯，从而导致中枢神经系统结核的发生。我们还利用正常及肥胖小鼠短暂性局灶性脑缺血的动物模型进一步证实了H2S在中枢神经系统血脑屏障破坏中发挥的重要作用，发现H2S也是缺血性血脑屏障损害的毒力因子。因此，通过本课题的成果可以在一定程度上证实H2S作为一种重要的气体信号分子，在中枢神经系统结核发生的始动环节发挥重要的作用，因而可以作为一种潜在的可干预目标用于中枢神经系统结核的防治。