Neuroglobin持续表达对脓毒症性脑病的保护作用及机制研究

Sepsis associated encephalopathy (SAE) is one of the most common cerebropathy in intensive care unit with huge impact on patients’ prognosis. There is no specific treatment for SAE now. In our previous research, Neuroglobin (Ngb) is negative-correlated with prognosis of SAE, and the up-regulation of Ngb expression plays an important role in self-protection of the nervous system. However, Ngb is only expressed in early stage of SAE and could not offer continuous protection. We hypothesize that methylation of Ngb is an important factor of inhibiting Ngb expression, meantime, Ngb could protect nervous system through restraining apoptosis of neurons and inducing autophagy of mitochondria to improve repair of damaged neurons. To prove that, we use hypoxic-ischemic cell model and SAE animal model to study the spatiotemporal characteristics of Ngb expression. Also we observe the protection effect of Ngb by intervening expression and demethylation of Ngb. Furthermore, we investigate the impact on protection effect of Ngb by interfering the autophagy of mitochondria. We use the three points to comprehensively study Ngb in SAE, look for better regulation of Ngb expression, and offer new viewpoint for Ngb-like medicine.

脓毒症性脑病(SAE)是临床重症监护病房中常见脑病之一，对患者的预后影响极大，目前尚无特异性治疗方案。我们前期研究发现，脑红蛋白(Ngb)表达上调是神经系统自我保护机制中重要的组成部分，脑红蛋白与脓毒症性脑病预后负相关。然而在SAE中Ngb仅在早期短暂表达，不能达到持续保护。结合前期研究和文献，我们提出Ngb甲基化或表达量不足可能是抑制Ngb持续表达的重要因素。同时Ngb不仅能抑制神经元的凋亡达到保护作用，还可能通过诱导线粒体的自噬作用，促进损伤神经元修复。为了验证上述假说，我们采用细胞缺氧缺血模型和动物SAE模型，研究Ngb的时空表达特征；通过去甲基化和过表达Ngb方法，观察对脓毒症性脑损伤的持续保护作用；并进一步通过干预线粒体自噬作用，观察其对Ngb保护作用的影响。从三个层次全面研究Ngb在SAE中的作用及调控机制，为寻找更佳的调控Ngb表达，甚至为开发Ngb类似物提供新的切入点。

脓毒症性脑病（SAE）是重症监护病房中常见脑病之一，对患者的预后影响极大，目前还缺少特异性治疗方案。本课题主要研究脑红蛋白(neuroglobin，Ngb)的保护作用及机制。在体外实验部分，本研究使用氧糖剥夺模型（OGD）。通过转染Ngb质粒、慢病毒或Hemin处理，并且使用甲基化抑制剂5-AZA等，观察Ngb对线粒体自噬、细胞凋亡影响，以及甲基化对Ngb持续表达及保护作用的影响。在体内实验部分，本研究使用盲肠结扎穿孔（CLP）诱发大鼠脓毒症。通过使用慢病毒影响Ngb的表达，观察其对SAE的保护作用。我们在细胞模型中发现，Ngb在细胞中仅短暂表达。通过质粒或药物（Hemin）增强其表达水平，可以减少细胞凋亡、减轻线粒体去极化、减少ROS生成。并且Ngb可以与线粒体上的VDAC结合，减少膜通透性转换孔的开放。但是，Ngb并不能直接影响线粒体自噬水平。另外，通过使用甲基化抑制剂5-AZA，可以增加Ngb水平，减轻细胞损伤。在动物模型中，Ngb在海马区表达时间也较为短暂。通过转染质粒增加Ngb的表达，或慢病毒干扰其表达，可以分别减少或增加细胞凋亡，大鼠的认知功能也相应受到影响。并且，在海马组织中的Akt、Bax蛋白水平显著升高。通过使用PI3K/Akt通路的特异性抑制剂LY294002，可以阻断Ngb的保护作用。总之，发现了Ngb与线粒体上VDAC蛋白的相互作用，以及对ROS生成、线粒体去极化、细胞凋亡的影响。而且，通过降低DNA甲基化水平，Ngb的表达时间及表达量都有所增加，保护作用增强。另外，本研究还发现Ngb可以通过PI3K/Akt/Bax通路起保护作用。本课题在细胞和动物两个模型中，细胞、细胞器、分子及信号通路多个水平，全面研究了Ngb在SAE中的作用及调控机制，具有较好的科学意义。