Sirt3调控巨噬细胞极化在脑出血后神经元转归中的作用及机制研究

Macrophages are essential components of mammalian immune system and are strategically positioned throughout the body to participate in neuroinflammation following intracerebral hemorrhage (ICH). Studies of macrophages polarized to either a classically activated (M1) or an alternatively activated (M2) state have shown that metabolic reprogramming of macrophages directly influences cell function. However, the mechanism editing macrophage polarization still remains unclear. Recent studies have indicated that metabolic cascades play a major role in regulating macrophage activation and phenotypes. Mitochondria is the major organ in cellular metabolism and its dysfunction prevent the repolarization of M2 macrophage. Our previous studies have shown that Sirt3 plays an important role in maintaining normal mitochondrial function through AMPK/mTOR signaling pathway. Besides, comparing to M1 macrophage, M2 phenotype has much higher Sirt3 expression. Therefore, in this study, we aim to explore the mechanism regulating the plasticity of macrophage polarization and clarify the function of macrophage phenotypes in clearing clot and neuronal outcome after ICH. In that way we would help to provide more evidences considering the mechanism of neuronal injuries following ICH and to open new avenues for the discovery and potential therapeutic strategies in ICH and beyond.

巨噬细胞作为固有免疫系统的重要成员，参与了急性自发性脑出血（ICH）后的神经免疫过程，并最终影响神经元转归。巨噬细胞的不同表型（M1/M2）对血肿清除和神经修复具有完全不同的作用，但其具体调控机制尚未完全清楚。最新研究发现，线粒体参与的细胞能量代谢与巨噬细胞表型特征密切相关。文献和我们以往的研究表明，线粒体中最主要的去乙酰化酶Sirt3能够通过AMPK/mTOR途径参与调控线粒体功能的平衡，进而影响细胞内能量代谢，最终起到干预神经元转归的作用；相对于M1型巨噬细胞，Sirt3在M2型巨噬细胞中大量表达，然而，其对巨噬细胞极化的作用目前研究并不透彻。本课题拟在此基础上，深入探索Sirt3调控巨噬细胞极化的作用和机制；揭示巨噬细胞在ICH后血肿清除及神经元转归中的作用和意义，为拓展对ICH后神经损伤发病机制的全面认识提供新的理论依据，并为临床药物研发提供新思路和新策略。

巨噬细胞作为固有免疫系统的重要成员，参与了急性自发性脑出血（ICH）后的神经免疫过程，并最终影响神经元转归。巨噬细胞的不同表型（M1/M2）对血肿清除和神经修复具有完全不同的作用，但其具体调控机制尚未完全清楚。最新研究发现，线粒体参与的细胞能量代谢与巨噬细胞表型特征密切相关。文献和我们以往的研究表明，线粒体中最主要的去乙酰化酶Sirt3通过AMPK/mTOR途径参与调控了线粒体功能的平衡，进而影响细胞内能量代谢，最终起到干预神经元转归的作用；相对于M1型巨噬细胞，Sirt3在M2型巨噬细胞中大量表达，然而，其对巨噬细胞极化的作用目前研究并不透彻。申请人利用已建立的ICH研究平台，探讨了Sirt3在巨噬细胞中的表达，发现ICH后巨噬细胞中的Sirt3表达显著增高，有意思的是炎症因子的表达显著增加，但是敲除巨噬细胞中的Sirt3以后炎症因子的释放更加剧烈，由此推测ICH后Sirt3的反馈性升高可能起到了内源性的保护作用。在体外原代培养的巨噬细胞证实了血红蛋白（Hb）刺激后Sirt3对AMPK/mTOR通路以及对线粒体稳定性的调控作用。考虑到线粒体及AMPK/mTOR通路在能量代谢中的关键作用，课题组尝试了是否能够通过间歇禁食（IF）的方法影响小鼠脑出血后的神经功能，并探讨了其相关机制。采用了隔天禁食的方案在脑出血后对小鼠进行干预，发现脑出血后间歇禁食能够显著改善动物的行为学表现，减少血肿体积，减轻神经元的死亡，促进巨噬/小胶质细胞M2型极化，减少IL-1β、TNF等炎症因子的合成和释放，并且这种保护作用能够持续至伤后28天。并且，Sirt3/HO-1/Nrf2通路在上述过程中发挥了至关重要的作用。本项目阐明了ICH后Sirt3调控Nrf2/HO-1及AMPK/mTOR通路在巨噬细胞极化过程中的重要作用及分子机制，并阐述了间断禁食对ICH后脑损伤的保护及对巨噬细胞相关的炎症反应的抑制作用。项目成果为深入认识脑出血后神经损伤的发病机制提供了新的理论依据，并为脑出血临床药物和干预策略的研发提供了新思路。