纳米-HSP27药物对缺血性脑卒中的保护作用及其对BBB完整性保护的机制研究

BBB damage is one of the most disabling consequences of stroke in the clinic. While matrix metalloproteinase (MMP) 2/9 activation, a predominant mechanism thought to contribute to post-stroke BBB disruption. Our recent studies suggested that structural alterations in brain endothelial cells (EC), including abnormal actin polymerization and the resulting redistribution of junctional proteins. In addition to its well-known protein chaperone and anti-apoptotic functions, HSP27 may act as a potent actin depolymerization factor in certain cell types such as EC, thus potentially inhibiting actin polymerization-mediated BBB disruption. We recently observed that HSP27 is transiently upregulated in brain EC after I/R. However, the precise role of HSP27 in the functional integrity of EC following I/R and the underlying mechanism remain unknown. This proposal will further explore the BBB protective effect of HSP27 on I/R brain injury and elucidate the underlying mechanisms. The central hypothesis to be tested is that HSP27 protects BBB against I/R injury by stabilizing EC cytoskeletal organization in microvasculature early after I/R and inhibiting the production of MMP2/9 as well as pro-inflammatory proteins by using we have created conditional Tg mice overexpressing HSP27 specifically in EC. Furthermore, we will test the post-stroke delivery of nano-HSP27 particles to EC protects against BBB damage and improves outcomes in both young adult and aged mice. These novel findings support the therapeutic potential of nano-HSP27 against I/R brain injury for preclinical studies.

BBB损坏是临床上脑卒中最严重的后果之一。目前已知卒中后BBB损坏的重要机制是MMP-2/9的激活。我们近期的研究表明，脑内皮细胞(EC)的结构变化(actin异常聚合及连接蛋白重分布)是缺血再灌损伤造成早期BBB通透性增高的一个新的机制。HSP27在许多CNS疾病模型中具有保护作用，除了广为人知的蛋白伴侣和抗凋亡功能外，HSP27也许存在额外的作用，如重塑肌动蛋白丝以及抑制炎症反应。我们近期研究发现，HSP27在I/R损伤后的EC中有短暂上调。然而，HSP27对I/R损伤后EC功能的维持及其潜在机制还不清楚。因此，本课题利用EC-过表达HSP27转基因鼠，拟验证在I/R损伤早期HSP27通过稳定微血管内皮细胞的细胞骨架和抑制MMP2/9以及促炎蛋白产生，从而保护BBB完整性。此外，将利用纳米-HSP27药物治疗年轻和老年鼠I/R损伤，为纳米-HSP27药物的临床前研究提供理论基础。

血脑屏障损伤是临床上脑卒中最严重的后果之一，早期BBB损伤和脑水肿已被证明能用来预测脑卒中后严重的神经学后果。我们近期的研究表明，脑内皮细胞(EC)的结构变化——应激纤维的形成(actin异常聚合)及连接蛋白重分布——是缺血再灌损伤造成早期(缺血再灌注后30-60分钟)BBB通透性增高的一个新的机制。以往的研究表明HSP27过表达可以稳定持久地起到脑缺血保护的作用，其作用机制主要归因于其抗神经元凋亡的性质。然而，存在于CNS 非神经元细胞中的HSP27应对脑缺血的作用和潜在机制尚存在大量未知。本研究采用神经元和内皮细胞特异性过表达HSP27转基因小鼠，观察了缺血早期（1-24小时）EC内actin异常聚合及连接蛋白重分布，并与动物感觉运动、学习记忆行为学进行对比分析。我们的整体和离体研究结果显示靶向地在ECs内特异性高表达HSP27能通过维持I/R后大脑微血管内皮细胞的形态结构，减少紧密连接蛋白的病理性移动，从而减轻I/R之后1~24小时之内的BBB损伤，减轻外周免疫细胞浸润和阻止继发性炎症反应，从而提高中风患者的长期神经功能。采用nano-HSP27或TAT-SHP27融合蛋白进行治疗脑卒总小鼠的转化研究也提示HSP27或将成为一种潜在治疗方式来对抗涉及到BBB破坏的脑损伤，包括缺血性脑损伤和其它神经系统疾病。此外，在本基金的资助下，我们还进行了其他相关课题的研究，如ω-3多不饱和脂肪酸通过对BBB的保护作用，改善了新生儿脑缺血缺氧性损伤（H/I）；调节性T细胞（Treg）对tPA溶栓造成的出血转化的保护作用是通过CCL2和MMP-9同时介导的两个机制保护BBB；探究了Na - K - 2Cl转运蛋白亚型1（NKCC1）抑制剂对TBI的保护作用是通过增加TBI后BBB的完整性。通过本课题资助，我们还构建了HSP27家族的另一个蛋白HSPB2过表达的转基因动物，拟探究HSPB2过表达对颅脑外伤的保护作用及其机制。