血红素加氧酶1调控小胶质细胞极化介导脑出血后神经元铁死亡机制的研究

Heme oxygenase-1 (HO-1) is the key enzyme in heme degradation after intracerebral hemorrhage. Our previous studies found that HO-1 promoted microglial activation, inflammation and ROS to exacerbate brain injury in the early stage of ICH. But, the underlying mechanism is still unclear. It may be useful to study the mechanisms of HO-1 leading to brain injury for ICH targeted therapy. Ferroptosis is a recently recognized form of regulated cell death and plays an important role in nerve injury after ICH. What’s more, the accumulation of iron and lethal ROS provides the necessary conditions for neuron ferroptosis. Based on our previous studies and paper repots, we hypothesize that: after ICH, the expression pattern of HO-1 changes and promotes microglial to M1phenotype polarization, then disrupts the iron metabolism balance of microenvironment and intracellular, causing neuron ferroptosis. To confirm our hypothesis, we will use mice ICH model in vivo, cell culture in vitro, gene silence, vector construction, transfection and other methods to elucidate the mechanisms of HO-1 mediated microglial polarization, and explore the underlying mechanisms of HO-1 mediated neuron feroptosis basic the intracellular and microenvironment factor. Our study will provide foundation of theoretical for neurologic protection treatments.

HO-1是脑出血后血红素代谢的关键性酶。我们前期研究发现：HO-1通过促进小胶质细胞活化、炎症反应、铁沉积以及氧化损伤加重脑出血后早期大脑的损伤，但具体机制尚不明确。探究HO-1导致脑出血后神经损伤的作用机制，对于脑出血后的靶向治疗具有重要的意义。铁死亡是一种新被认知的死亡方式，神经元铁死亡是脑出血后神经损伤的一个重要环节。而铁的沉积及ROS产生为神经元铁死亡提供了必要条件。结合前期研究及相关文献报道我们推测：脑出血后，HO-1表达模式发生改变，高表达于小胶质细胞并促进小胶质细胞M1型极化，进而导致微环境和细胞内铁代谢失衡，造成神经元铁死亡。本课题拟通过构建动物脑出血模型，体外小胶质细胞和神经元培养，联合载体构建、基因转染、沉默等实验方法解析HO-1介导小胶质细胞极化的机制，并从细胞内和微环境铁代谢稳态角度探究其导致神经元铁死亡的作用机理，为脑出血后的神经保护靶向治疗提供理论依据。

血红素加氧酶1（HO-1）加重脑出血早期神经功能损伤，但机制尚不明确。本课题在前期研究的基础上，通过构建体内和体外脑出血模型，利用基因组学和蛋白质组学技术，进一步研究脑出血后HO-1表达的变化对小胶质细胞M1型极化以及脑出血后神经元铁死亡的影响。本课题研究中发现：1.HO-1在脑出血早期表达明显升高，通过激活小胶质细胞，促进铁的沉积，加重神经功能损伤。2. 在体外Hemin诱导脑出血模型中，过表达HO-1导致小胶质细胞内铁和ROS过量蓄积，通过抑制DMT1和TFR1蛋白的表达减少其对细胞外铁的吸收，并通过促进FPN蛋白的表达促进细胞内铁离子的外排，导致小胶质细胞内铁代谢紊乱。3.过表达HO-1促进Hemin 诱导BV2小胶质细胞炎性因子iNOS，p-NF-κB，NF-κB，TNF-α的表达，促进小胶质细胞M1极化。4. HO-1过表达促进BV2细胞释放大量的炎性因子（TNF-α、IL-6）和铁离子到细胞外，导致细胞外微环境内铁离子和炎性因子的蓄积。5. 过表达HO-1介导的小胶质细胞M1型极化，可促进神经元细胞内的铁蓄积，并通过促进MDA的表达，抑制xCT和GPX4酶的活性，导致神经元发生铁死亡。6. 铁螯合剂DFO可以通过抑制CoPP导致的HO-1过表达，并减少血肿周围组织内的铁沉积及血肿体积，逆转HO-1过表达介导的继发性脑损伤。7.脑出血后HO-1过表达导致的神经元死亡，可以被铁死亡抑制剂部分逆转。综上所述，本课题阐明了HO-1介导小胶质细胞铁代谢紊乱导致其M1型极化，并通过释放大量炎性因子和铁，导致神经元细胞内铁超载，并通过抑制xCT 和 GPX4的表达，导致神经元发生铁死亡的机制，同时，也为HO-1和铁死亡抑制剂在脑出血急性期的治疗应用提供理论基础和实验依据。