神经元通过神经胶质反应参与颅脑创伤修复的关键机制研究

Traumatic brain injury (TBI) imposes heavy burden to family and society but still lacks effective therapy. Recently there is growing concern about the activation of microglia in TBI since the M2-type microglia was proved to be neuroprotective. Lipocalin-2（LCN2）was reported to make the transition from M1 to M2 phenotype in cultured microglia. Our preliminary data also found LCN2 was secreted by neurons rather than other cell types, while microglia expressed Lcn2 receptors following TBI. To explore the potential function of LCN2 in TBI, the controlled cortex impact (CCI) would be established in adult rats. Then the effects of LCN2 on microglia M1/M2 polarization, microglial function are extensively studied, as well as the histological improvement and behavioral recover after CCI. Furthermore, the assumptive involvement of PPARγ pathway regulated by LCN2 in microglia M1/M2 polarization are also assessed. Our project aims to learn the “help me” pattern of neuronal self-restoration through microglial reaction. The great significance of this study is to explore the novel neuropathy following TBI, providing an ideal insight into TBI therapeutic strategy.

颅脑创伤因其高致死致残率给社会和家庭造成严重负担，但迄今尚缺乏有效的治疗药物，因此对颅脑创伤的救治观念亟待更新。近年来小胶质细胞M1/M2激活在脑损伤中的作用日益受到关注，M2型活化的小胶质细胞被证实具有神经保护作用。本课题组前期研究发现在小胶质细胞培养基中加入Lipocalin-2（LCN2）能促进其向M2型活化；LCN2只在大鼠神经元中表达，而其受体在小胶质细胞中表达。为探索该种机制在颅脑创伤中的作用，我们拟在大鼠体内建立皮质损伤模型，干预LCN2表达后观察小胶质细胞M1/M2表型活化及相应功能，接着检测其对神经元损伤和修复的影响，并从行为学层面进行验证。此外我们通过抑制PPARγ信号通路，探讨LCN2是否通过激活该通路促进小胶质细胞M2型转化。本课题旨在研究颅脑创伤后神经元如何动员神经胶质网络进行“自我救助”，其结果对于深入认识颅脑创伤后的神经修复机制并寻找相应的药物靶点有重要意义。

颅脑创伤因其高致死致残率给社会和家庭造成严重负担，但迄今尚缺乏有效的治疗药物。小胶质细胞M1/M2极化在脑损伤中的作用日益受到关注，M2型极化的小胶质细胞被证实具有神经保护作用。中性粒细胞明胶酶相关脂质蛋白（Lipocalin-2，lcn2）是一种属于lipocalin 超家族的分泌型糖蛋白，最初被发现由活化的中性粒细胞分泌，并具有抗菌的作用。Lcn2可能参与中枢神经系统损伤修复的多个病理过程，而Lcn2能否在TBI后发挥相应的生物学功能目前尚不明确。本研究建立大鼠控制性皮质损伤（CCI）模型，模拟中度创伤性颅脑损伤（TBI），探讨lcn2在TBI后通过调控胶质细胞极化产生神经保护作用。大鼠脑切片免疫荧光结果发现Lcn2只在神经元表达。Western blot结果表明伤灶周围组织的lcn2表达在伤后7天达到高峰后降低；远隔部位脑组织中lcn2的表达在伤后第3天达到高峰后逐渐降低。Lcn2的受体slc22a17 在神经元、小胶质细胞和血管内皮细胞中表达；Lcn2 的另一受体MC4R在神经元和小胶质细胞中表达。周围脑组织中slc22a17的表达在伤后第7天降低，后再升高；远隔部位脑组织中slc22a17的表达在伤后第3天升高，并持续到第14天。MC4R的表达在伤灶周围脑组织中先升高，第3天后逐渐降低；远隔部位脑组织中MC4R的表达在伤后第7天升高，持续到第14天。与用空载病毒相比，用腺相关病毒过表达lcn2后，TBI后大鼠脑皮层中M1型小胶质细胞数量减少，M2型小胶质细胞数量增加。与空载病毒组相比，Lcn2过表达组脑脊液中TNFα、IL-1β和IL-6水平降低，树突标志物MAP2阳性面积增加。TBI后，lcn2过表达大鼠NSS评分低于空载病毒组。水迷宫试验中，lcn2过表达大鼠与空载病毒大鼠的潜伏期和平台穿越次数无明显差异。Lcn2过表达后，TBI后14天MC4R表达较空载病毒组升高，PPARγ表达也较空载病毒组升高。用MC4R抑制剂HS014后，lcn2过表达所增加的PPARγ表达被降低，大鼠NSS评分增加。本研究表明，lcn2在TBI后伤侧和远隔部位表达增加，由神经元分泌，通过MC4R受体作用于小胶质细胞，激活PPARγ，使M1型小胶质细胞极化减少，M2型小胶质细胞极化增加，减轻炎症反应，增加树突再生，改善TBI后感觉运动功能。