脑铁代谢失衡在缺氧缺血脑室周围白质软化中的作用及机制

Periventricular leukomalacia (PVL) can cause cerebral palsy, mental retardation and other neurological sequelae in children. So far the pathogenesis of PVL has not been fully elucidated. Brain iron metabolism imbalance may play a key role in PVL. Our preliminary data shows decrease in ferroportin 1 (FPN1) expression and increase in iron content in rat brains with hypoxic-ischemic PVL, in addition, FPN1 expression in cultured oligodendrocyte progenitor cells (OPC) can mediate iron release. This project intends to establish an animal model to evaluate the iron metabolism imbalance in hypoxic-ischemic PVL, by testing the changes of iron content and deposition. The mechanism of brain iron imbalance will be explored by testing the changes in the expression of iron metabolism related proteins such as FPN1. At the same time，cell models with hypoxic-ischemic injury are established to study the impact of neurons, astrocytes and microglia on OPC respectively, for further clarifying the mechanism of OPC injuries in PVL. We aim to evaluate the role of brain iron metabolism imbalance in the pathogenesis of hypoxic-ischemic PVL, and to provide mechanism for developing therapeutic drugs targeting the iron metabolism related proteins.

脑室周围白质软化（PVL）可致患儿出现脑瘫、智力低下等后遗症，迄今发病机制仍未完全明确，缺乏有效的防治措施。脑铁代谢平衡的失调可能在PVL发病中扮演重要角色，故在前期发现缺氧缺血PVL大鼠脑铁含量升高、膜铁转运蛋白1（FPN1）表达下调并且体外培养少突胶质前体细胞（OPC）能够表达FPN1促进铁释放的基础上，本项目拟进行以下研究：（1）建立新生大鼠缺氧缺血PVL动物模型，通过检测脑室周围白质铁含量和铁沉积的定位改变共同评价脑铁代谢失衡情况；通过检测包括FPN1在内的脑铁代谢相关蛋白定量定位表达变化，明确脑铁代谢失衡机制；（2）建立缺氧缺血损伤细胞模型，通过检测缺氧缺血损伤时神经元、星形胶质细胞和小胶质细胞对OPC的作用，进一步明确发生PVL时OPC损伤的可能机制。本项目旨在阐明脑铁代谢失衡是缺氧缺血PVL发病机制之一，并为临床以铁代谢相关蛋白为靶点开发治疗药物提供理论依据，具有重要意义。

脑白质损伤（White Mater Injury，WMI，包括脑室周围白质软化）可致患儿出现脑瘫、智力低下等神经系统后遗症，迄今发病机制仍未明确，尚缺乏有效的防治措施。缺氧缺血是引起早产儿脑白质损伤的重要因素之一，我们通过结扎双侧颈总动脉联合缺氧法建立新生大鼠缺氧缺血脑白质损伤模型，经HE染色显示，WMI组大鼠出现缺氧缺血脑白质损伤病理改变；应用动物行为学实验和免疫荧光染色法，发现WMI大鼠各个生长时期的学习记忆能力均减弱，MBP蛋白表达均减少，推测学习记忆能力减弱可能与MBP蛋白表达减少有关。进一步对神经元结构研究发现，新生大鼠发生缺氧缺血脑白质损伤后神经元数量未见明显缺失，但其树突损伤、树突棘数量减少、突触减少导致神经元之间联系减少，可能引起学习记忆能力减退。我们的研究还发现，新生期大鼠缺氧缺血后可能通过Fyn-ERK 通路蛋白的下调而使MBP 水平降低，进而使髓鞘生成障碍，少突胶质细胞成熟障碍，促发脑白质损伤。脑组织铁含量测定提示缺氧缺血后脑白质二价铁含量较对照组升高，脑组织铁含量随时间呈动态变化；利用免疫荧光染色发现，脑铁代谢相关蛋白在神经元、星形胶质细胞等的表达亦随时间与空间发生动态变化，提示脑铁代谢失衡在缺氧缺血WMI中起一定的作用。应用去铁敏皮下注射干预缺氧缺血脑白质损伤大鼠，发现去铁敏能在一定程度上增加脑内MBP的表达量，并且对动物远期行为学功能有一定的改善作用。同时还发现新生大鼠发生缺氧缺血后脑组织少突胶质前体细胞增殖发生时空动态变化，为临床上以促进少突胶质前体细胞增殖为靶点，开发治疗药物提供实验依据，具有重要意义。通过本项目的研究工作，培养了硕士研究生1名，撰写了相关科研论文，进一步明确了早产儿脑白质损伤的发病机制，并为临床上防治脑白质损伤疾病提供新的途径。