脊髓损伤后颅内铁超载致运动皮层神经元恃铁焦亡(Ferroptosis)的机制研究

Paraplegia is the major cause of disability in patients with spinal cord injury (SCI), which is still lack of effective treatment. Recent studies have shown that the neuron death in motor cortex would hamper the functional recovery of SCI patients, however, the underlying mechanism remains unclear. Our previous studies showed that SCI caused the microglia activation, iron overload and neuronal death in the motor cortex of SCI rats. Ferroptosis is a new-found route of cell death, which is highly dependent on the iron overload. Based on our findings and latest literatures, we hypothesize that the microglia activation following SCI will cause the abnormal expression of iron regulatory or transport proteins, and then cause iron overload in the motor neurons, which will eventually lead to the deaths of neurons through ferroptosis. To verify the above views, we will use the animal and cell experiments, combined with morphology, electrophysiology, molecular biology, and 7.0 T microMRI, to explore the mechanism of iron overload in the motor cortex and its effect on the motor neurons following SCI. Furthermore, we will use SWI, fMRI and other new imaging methods to further verify the above views. The findings will provide new insights about the role intracerebral iron overload on functional recovery following SCI, and provide new targets for SCI treatment.

脊髓损伤(SCI)后运动功能障碍是患者致残的主要因素，目前缺乏有效的干预措施。最新研究表明SCI后大脑运动皮层神经元死亡对运动功能恢复起明显阻碍作用, 但对其死亡的机制尚不清楚。我们前期研究发现SCI大鼠运动皮层存在小胶质细胞活化、铁超载和神经元死亡现象。最新文献报道Ferroptosis作为一种新型的细胞死亡途径，具有铁高度依耐性。结合文献我们认为：SCI后运动皮层小胶质细胞活化，使神经元铁转运相关蛋白表达异常，进而导致细胞内铁超载，最终诱导Ferroptosis发生。为验证上述观点，我们拟通过动物和细胞学实验，结合形态学、电生理、分子生物学、7.0 T小动物MRI等方法，探讨SCI后运动皮层铁超载机制及其对运动皮层的损伤作用。此外，本课题组将采用SWI、fMRI等技术在SCI患者上进一步验证上述观点。以期对铁超载在SCI功能修复中的作用产生新认识，为SCI运动功能恢复提供新的干预靶点。

脊髓损伤(SCI)后运动功能障碍是患者致残的主要因素，目前缺乏有效的干预措施。在本研究中通过动物和细胞学实验，结合形态学、电生理、分子生物学、MRI等方法，探讨SCI后运动皮层铁超载机制及其对运动皮层的损伤作用。取得的主要结果和关键数据如下：.1. 本项目运用核磁共振（MRI）磁敏感加权成像（SWI）发现脊髓损伤患者运动皮层有明显的铁沉积。随后我们在大鼠脊髓损伤模型中也进一步证实，损伤大鼠运动皮层的铁含量随着时间逐渐增加。说明脊髓损伤后运动皮层萎缩与铁超载密切相关。.2. 为了阐明铁超载与运动皮层萎缩的关系，我们进一步利用大鼠脊髓损伤模型进行在体研究。研究结果表明，脊髓损伤大鼠的运动皮层存在大量活性氧（ROS）堆积和严重的脂质过氧化，进而运动神经元发生铁死亡而导致运动皮层神经元数量显著减少。而给予铁螯合剂、ROS抑制剂和铁死亡抑制剂干预能明显减轻运动皮层神经元铁死亡进而改善运动功能恢复。说明脊髓损伤后运动皮层铁超载能导致神经元发生铁死亡。.3.我们通过建立离体的铁超载细胞模型，进一步验证铁超载能够诱导神经元内ROS堆积和脂质过氧化，进而发生铁死亡。而铁螯合剂、ROS抑制剂和铁死亡抑制剂均能明显减轻铁超载所致的神经元铁死亡损伤。.4.我们通过在体和离体实验对脊髓损伤导致运动皮层铁超载的机制进行研究，发现脊髓损伤后运动皮层大量活化的小胶质细胞通过合成分泌过量的一氧化氮（NO）进而干扰神经元铁代谢相关蛋白的表达，并最终导致神经元发生铁超载。. 综合上述研究结果，本课题得出如下结论：脊髓损伤后运动皮层活化的小胶质细胞通过合成和分泌过量的NO，进而干扰运动皮层神经元铁代谢相关蛋白的表达而导致运动皮层铁超载，并最终导致神经元发生铁死亡造成运动皮层萎缩，从而阻碍运动功能恢复。因此，以运动皮层神经元铁死亡为靶点，可能为促进脊髓损伤后运动功能恢复提供新的治疗方向。