Sema3E双重调控PIP5KIβ-Arf6和SH3BP1-Rac1信号保护脑梗死后血脑屏障的研究

The mechanism of blood-brain barrier (BBB) disruption after ischemic stroke, involved in edema and hemorrhagic transformation, is very important but elusive. Here, we investigated Sema3E mediated mechanism in the disruption of BBB after stroke in rats. We found that up-regulation of Sema3E decreased permeability of BBB as detected by Magnetic Resonance Imaging (MRI) after middle cerebral artery occlusion (MCAO) in vivo, and decreased permeability of brain microvascular endothelial cells (BMECs) after oxygen-glucose deprivation (OGD) in vitro as well. The expression of ZO-1/Occluding-1, key tight junction protein (TJP), were decreased in ischemic boundary zone (IBZ) following up-regulation of Sema3E. Moreover, in BMECs, we found that Sema3E synchronously regulated PIP5KIβ-Arf6 and SH3BP1-Rac1 signaling pathway separately to increase the expression level of claudin-5 and occluding-1. Collectively, our findings suggested that Sema3E could enhance tight junction protein (ZO-1/Occluding-1), thus, affecting the permeability of BBB after MCAO in rats, and Sema3E might be a potential alternative target for the treatment of stroke.

脑梗死后缺血脑组织水肿是导致患者急性期死亡最重要的原因之一。我们发现: 大鼠脑梗死后3-7天为水肿高峰期，与Sema3E/Plexin-D1信号调控内皮细胞间紧密连接、血脑屏障密切相关。本项目拟在In vivo 和 In vitro 情况下, 采用磁共振灌注显像、磁共振-T1增强序列、免疫共沉淀、慢病毒转染及小分子多肽封闭等多种试验方法, 探讨脑梗死后Sema3E/Plexin-D1信号与血脑屏障破坏、渗漏增加、脑水肿的调控关系, 讨论脑梗死后, 缺血缺氧诱导神经元释放Sema3E激活Plexin-D1受体双重调控 PIP5KIβ-Arf6-ZO-1和SH3BP1-Rac1-Occludin-1信号途径, 加强内皮细胞紧密连接、保护血脑屏障的具体分子机制。探讨以Sema3E为治疗靶点, 脑梗死后减轻缺血脑组织渗漏及脑水肿体积, 降低脑梗塞急性期死亡率, 为急性期脑梗死治疗提供新策略。

脑血管病是我国致死率和致残率最高的疾病之一，脑梗死后的脑水肿是影响患者预后的重要原因。本研究发现Sema3E/PlexinD1信号通路通过对新生血管功能的调控，减轻渗漏、减轻脑组织水肿，同时促进脑梗塞血运重建和神经功能恢复，有望成为脑梗塞急性期治疗新靶点，同时可能作为预后评估的重要指标。现发表 SCI 论著11篇（均已标注），其中IF＞10分 1篇，IF＞5分 8篇，申请专利1项。.本研究完成了以下内容：1）在体内大脑中动脉栓塞模型中，通过激光共聚焦技术，我们发现脑梗死缺血周边区域Sema3E信号的存在时间和空间的动态分布，这一动态变化和功能性与脑水肿密切相关。.2）在体内大脑中动脉栓塞模型中，通过激光共聚焦技术，我们发现Sema3E/PlexinD1 信号可减少周细胞迁移及贴附，从而破坏脑梗塞后血脑屏障完整性。.3）在体外糖氧剥夺模型中，Sema3E/PlexinD1 信号通过抑制内皮细胞分泌PDGFBB从而减少周细胞的迁移能力，从而抑制周细胞贴附。.4）通过小动物7T磁共振T1加权成像，我们进一步证实抑制Sema3E /PlexinD1 信号可减轻缺血区域血脑屏障破坏，减轻脑水肿。.5）通过小动物PET [13N] NH4+成像显示脑血流灌注水平，我们发现通过荧光标记的Lectin标记体内功能性新生血管，抑制缺血区域Sema3E/PlexinD1 信号可促进脑梗死缺血区域血流灌注恢复，反应Sema3E/PlexinD1 信号可促使新生的血管壁完整、血脑屏障完整成为有功能的管腔，从而提高灌注。.6）建立大鼠MCAO模型，发现脑梗死后， Sema3E/Plexin-D1 信号可上调内皮细胞间紧密连接蛋白(Occludin-1)，加强紧密连接，减轻管壁渗漏。.7）体外培养内皮细胞发现：Sema3E 信号可激活Plexin-D1 受体，同时游离的SH3BP1 蛋白表达升高，是导致 Rac1激活及Occludin-1 表达升高的原因。.8）建立大鼠MCAO模型，发现脑梗死后，内皮细胞间紧密连接闭合蛋白(ZO-1)表达增高，可减轻管壁渗漏、保护血脑屏障。.9）体外培养内皮细胞发现：Sema3E/Plexin-D1 信号可并激活PIP5KIβ，抑制ZO-1，抑制Sema3E可通过上述信号途径减轻渗漏，减少脑水肿体积