脑出血后铁超载对内源性神经干细胞的调控作用及机制研究

Intracerebral hemorrhage (ICH) remains a leading cause of death and disability. Endogenous neural stem cells (eNSC) located in the adult subventricular zone will be activated by ICH to repair the injury. However, the repair ability of eNSC is limited. Thus studying the mechanisms whereby ICH modulates eNSC is important. Violent change in the niche is a vital factor modulating eNSC. Iron overload from blood red cells occurs in the brain after ICH. We found that iron overload decreased the membrane potential of mitochondria and increased reactive oxygen species, thereafter suppressed the proliferation and migration of eNSC. These fingdings suggest that iron overload plays a vital role in the modulation of eNSC. We propose that superoxide flashes might be the underlying mechanism mediated the effect of iron overload on eNSc. Based on real time vedio-imaging, molecular biological approaches, knock-out mice and transgenic mice, we will investigate the role and mechanisms of iron overload in modulating eNSC induced by ICH through cultured eNSC, brain slice and ICH animal models. We will focus on the signalling pathway in which iron overload from ICH hematoma triggers abnormal superoxide flashes to activate Rho GTPase to modulate eNSC activation. This study will not only help to bring insights into the mechanisms of eNSC modulation, but also to develop new therapeutic strategy to promote eNSC to repair brain injury.

脑出血致死致残率高，如何促进脑出血后损伤修复是目前研究难点。成体脑室管膜下区内源性神经干细胞（endogenous neural stem cell, eNSC）具有参与损伤修复的能力，但修复程度受限，研究其调控机制是关键。脑组织微环境剧烈改变是调控eNSC的重要因素，脑出血后血肿分解致脑微环境中铁超载，前期我们发现铁超载可明显引起线粒体膜电位的下降和活性氧的升高，抑制eNSC的增殖和迁移，提示铁超载参与对脑出血后eNSC的调控，并提出线粒体超氧炫异常发放介导了这一作用机制。本项目拟采用活细胞动态观察、分子生物学、基因工具鼠等方法从细胞、脑片、动物模型等层次，系统研究脑出血后铁超载对eNSC的调控作用及机制，揭示“脑出血-铁超载-超氧炫-Rho GTPase-eNSC”信号通路在其中的作用。通过本研究不仅加深人们对eNSC调控机制的认识，而且为研发促eNSC参与损伤修复的策略奠定基础。

项目背景：自发性脑出血致死和致残率高,在我国脑出血占脑卒中的 30-40%，并遗留不同程度的神经功能障碍，促进损伤修复可能是脑出血救治的重要突破口。干细胞是脑出血患者潜在治疗方式，目前干细胞治疗方式包括移植外源性干细胞治疗和动员内源性神经干细胞参与损伤修复。动员内源性神经干细胞副作用较少，而且更容易建立功能联系。病理条件下内源性神经干细胞可被激活，并向病变部位迁移，但最终能迁徙到达病灶并存活下来的细胞数量有限，原因可能和脑出血后血肿代谢产物，即血红蛋白、血红素和铁等对神经干细胞的影响有关。我们围绕脑出血后铁超载对内源性神经干细胞的调控作用及机制进行了深入的研究。.研究内容：.（1）脑出血后血液代谢产物铁释放、分布规律；.（2）脑出血后铁超载对eNSC的调控作用及调控规律研究；.（3）ROS超氧炫在介导脑出血后铁超载调控eNSC中的作用研究；.（4）铁超载调控eNSC激活的分子机制研究。.重要结果及数据：. （1）给NSCs培养体系中加入20uM的铁，即可明显影响NSCs的迁移能力，并且随着浓度的增加，迁移的抑制逐渐加重。.（2）脑出血后对侧正常大脑皮层与内囊区铁含量维持在基线水平，而出血侧毗邻血肿的内囊区铁含量在24小时即急剧升高，并维持到28天。.（3）铁超载处理24小时后线粒体膜电位明显下降，ROS生成明显升高，引起ROS超氧炫发放，线粒体膜通透性转运孔抑制剂CsA明显抑制铁超载对膜电位和ROS超氧炫的影响。.（4）铁以剂量依赖性的方式抑制线粒体的耗氧量和ATP生成，降低线粒体NAD+/NADH比值。.（5）铁超载对整个乙酰化状态明显提高，而给予烟酰胺单核苷酸（Nicotinamide nucleotide，NMN），可以显著逆转铁超载导致的高乙酰化状态。.（6）亲环蛋白促进线粒体渗透性转变孔的开放，相反，线粒体渗透性转变孔的抑制剂可以显著抑制铁超载导致的高乙酰化状态。.（7）抑制CypD过度乙酰化可减轻铁超载导致的干细胞损伤并提高脑出血动物神经功能恢复。.科学意义：.（1）阐明了脑出血后血肿代谢产物Fe释放、分布规律；.（2）揭示了Fe释放与神经损伤及干细胞参与损伤修复的调控特点；.（3）解析了Fe调控神经干细胞迁移的分子机制；.（4）为临床以干预Fe及其下游靶点的新治疗策略提供了重要依据。