延迟性慢性酸后处理对脑缺血后神经修复的促进作用及机制

Promoting the recovery of neurological function is the key to the treatment of cerebral ischemia in the sub-acute stage, but no safe and curative methods are available except rehabilitation training. Cerebral ischemic postconditioning can alleviate cerebral ischemia and reperfusion injury. In our previous study, we found that brain tissue acidification is the key condition for ischemic postconditioning, and confirmed that artificially simulated acidic environment by inhaling CO2 within minutes after reperfusion has a postconditioning-like protective effect on the ischemic brain. Based on this, we proposed, for the first time, a new intervention strategy for cerebral ischemia, acidic postconditioning. Our preliminary study has further showed that delayed chronic acid postconditioning markedly promoted the recovery of neurological function with a wider effective time window. We also found that the proton-sensitive G protein-coupled receptor TDAG8 expressed on microglia may be a potential target for acidic postconditioning. Using in vivo and in vitro experiments, pharmacological approaches, and RNA interference, gene knockout, PET-CT and electrophysiological techniques, this project aims to determine the effectiveness, optimal time window and optimal dose of delayed chronic acidic postconditioning, and to elucidate the effect of TDAG8 and downstream signal pathway on delayed chronic acidic postconditioning-regulated microglia polarization and neural repair after focal cerebral ischemia. The achievement of this project will provide a new drug target or therapeutic strategy for rehabilitative therapies after ischemic stroke.

脑缺血亚急性期的治疗关键是促进神经功能恢复，然而，除康复训练外尚缺乏安全有效的治疗药物和干预手段。脑缺血后处理可减轻缺血性脑损伤，申请人的前期研究发现脑组织酸化是缺血后处理发挥作用的关键，并首次发现脑缺血再灌数分钟内通过吸入CO2模拟酸性环境具有后处理样的保护作用，据此首次提出了一种脑缺血的新干预手段——酸后处理。预实验结果进一步发现，延迟性慢性酸后处理能显著促进神经功能的恢复，且有效时间窗较宽。我们还初步发现小胶质细胞的质子敏感性G蛋白偶联受体TDAG8可能是酸后处理的潜在靶点。本课题拟在整体、脑片及细胞水平上，利用RNA干扰、基因敲除、电生理及PET-CT等手段，进一步明确延迟性慢性酸后处理的作用及特点，阐明TDAG8及下游信号通路在延迟性慢性酸后处理调节小胶质细胞极化及促神经修复中的作用。该研究将为脑缺血后的康复治疗提供新的治疗途径，并为研发新药物提供新靶点。

脑缺血亚急性期的治疗关键是促进神经功能恢复，然而除康复训练外尚缺乏安全有效的治疗药物和干预手段。申请人前期研究发现脑缺血再灌数分钟内通过吸入CO2以短暂轻微地降低脑pH值可对抗脑缺血再灌注引起的神经损伤，由此提出一种脑缺血的新干预手段——酸后处理。在此基础上，我们提出科学假设：在脑缺血亚急性施予延迟性慢性酸后处理（delayed chronic acidic postconditioning，DCAPC）可增强机体内源性的神经修复能力以促进神经功能恢复。因此，本研究着重探索了两个科学问题：(1)明确DCAPC对脑缺血亚急性期神经功能恢复的促进作用及特点；(2)阐明质子敏感性G蛋白偶联受体TDAG8是否是DCAPC发挥作用的关键靶点以及其激活在胶质细胞表型转换及神经修复中的作用。通过本课题的实施，课题组首次发现DCAPC可促进脑缺血后的神经功能恢复，且具有至少7天的治疗时间窗，这为酸后处理在缺血性脑损伤的治疗中打开了新的时间窗；同时DCAPC还有具有CO2有效浓度范围大和每日有效处理时间范围宽的特点，因此它是一种简单易行、安全性高，具有良好临床转化前景的脑缺血康复治疗新手段。此外，DCAPC在脑冷冻伤模型中也具有相似的保护作用及特点，因而该治疗策略可能具有较广泛的应用前景。利用药理学方法、基因敲除、腺相关病毒过表达载体、转录组学等手段，进一步发现TDAG8是DCAPC诱导促神经修复表型的直接靶点。表达于胶质细胞的TDAG8激活通过抑制胶质疤痕形成和胶质细胞的毒性表型转化发挥神经保护及促神经修复作用；同时，激活表达于神经元的TDAG8也是DCAPC增强脑缺血后神经功能恢复的关键机制之一。此外，干扰素调节因子IRF7是DCAPC的又一调控靶点, 而激活TDAG8可抑制其表达。这些研究结果为DCAPC用于缺血性脑损伤后的康复治疗提供了重要的理论和实验依据，也为研发相关药物提供了新的思路。