ASK1及其与HSP27相互作用：缺血性脑卒中神经保护治疗的新靶点

A preferred strategy for neuroprotection against ischemic brain injury should be to concurrently block multiple central injurious pathways. Cell death signaling and neuroinflammation play key roles in the pathogenesis of ischemic brain injury. Apoptosis signal-regulating kinase 1 (ASK1) is a critical molecule in signaling cell death and a essential molecule for microglial activation. We found that heat shock protein 27 (HSP27) confers potent protection against cerebral ischemia by direct inhibition of ASK1 to inhibit neuronal cell death signaling, but leave open the possibility that HSP27 may also inhibit ASK1 in microglia as part of its protective function. Based on transgenic and other advanced techniques, microglia cell culture and the co-culture system of microglia and neurons, as well as in vitro mouse model will be used in this proposal to investigate the role of microglia ASK1 inhibition by HSP 27 on neuroinflammation and brain injury after cerebral ischemia, to assess the neuroprotective effects of short active peptides based on HSP27 and downstream ASK1 targets following cerebral ischemia via inhibiting microglia activation and neuroinflammation. A positive outcome of the project will not only generate new knowledge about the role of ASK1 signaling pathways in ischemic brain injury and pluripotency of HSP27 protection, but also shed light on the potential of ASK1 and its interaction with HSP27 as a multimodal target for ischemia stroke neuroprotective therapy.

同时阻断脑损伤多个关键途径是缺血性脑卒中的首先治疗策略。细胞死亡信号和炎性反应在脑缺血损伤中起重要作用。凋亡信号调节激酶I(ASK-1)是传导细胞死亡信号的关键分子且在小胶质细胞激活中起关键作用。我们发现热休克蛋白27（HSP27）可直接抑制ASK1通过阻断死亡信号而对脑缺血发挥保护作用，而其保护作用是否与小胶质细胞ASK1抑制有关尚不清楚。本项目将利用转基因等多种技术，通过小胶质细胞培养以及与神经元共培养和小鼠在体模型，探讨HSP27对小胶质细胞ASK1的抑制对炎性反应中的影响及对脑缺血的保护作用，验证基于ASK-1-HSP27相互作用、SAK-1抑制性模拟短肽通过抑制小胶质细胞激活和炎症而对脑缺血发挥治疗作用。本项目不仅在ASK1信号通路在脑缺血损伤中的作用以及HSP27保护作用的多样性方面带来全新认识，还将揭示ASK1及其与HSP27相互作用可作为缺血性脑卒中治疗中新的关键性靶点。

缺血性脑卒中后神经功能残障是重要临床的难题和突出的社会问题。炎症反应和细胞死亡信号是脑缺血继发脑损伤的重要机制。凋亡信号调节激酶I（ASK-1）是传导细胞死亡信号的关键分子且在小胶质细胞激活中起关键作用。在前期研究的基础上，利用离体细胞和在体动物模型，我们对小胶质细胞、神经炎症反应在缺血性脑卒中脑损伤中的作用进行了进一步的深入研究，探讨了热休克蛋白27（HSP27）、ASK1的相互作用以及在脑缺血后神经功能损伤中所扮演的角色，在HSP27、ASK1相互作用的基础上，设计有关具有ASK1抑制活性的小分子模拟短肽，并探讨其对脑缺血的保护作用以及与小胶质细胞、ASK1等关系。研究发现，在缺血后小胶质细胞出现显著激活伴有ASK1的大量表达，细胞炎性信号通路激活，而HSP27过表达则可使得上述变化减轻。M1型小胶质细胞明显加重氧葡糖糖剥夺所致神经元的损伤。相反，使小胶质细胞保持在M2型则能够减轻氧葡萄糖剥夺所造成的神经元损伤。在脑缺血再灌注模型的研究表明，在脑缺血损伤的早期，在损伤区的局部小胶质细胞及血液募集的巨噬细胞主要呈现为M2型，但随时间的延迟，很多小胶质细胞/巨噬细胞转为了M1型。研究发现，与野生型小鼠比较，ASK1缺陷小鼠在脑缺血再灌注后神经细胞损伤和神经功能缺损的程度减轻，炎性细胞因子增加的程度减小，血脑屏障完整性得以较好保存。离体细胞模型和在体脑缺血模型的研究进一步证实了HSP27通过抑制炎性细胞浸润和炎症因子释放等所致的神经炎症反应而对脑缺血后血脑屏障完整性提供保护作用。用多种技术方法的研究发现了HSP27直接抑制ASK1的关键氨基酸序列，并以此设计出模拟短肽，该短肽经外周给予后能够透过血脑屏障有效达到中枢，并对缺血性脑梗死发挥较好的神经保护作用。本项目的研究结果，揭示了HSP27、ASK1及其相互作用可以作为缺血性脑卒中防治的新的靶点，基于HSP27与ASK1作用的关键区域的小分子短肽可能是缺血性脑卒中防治中具有医学转化价值的措施。