硫化氢氧化代谢促进脑出血后血肿清除的新机制

Following intracerebral hemorrhage, the hematoma not only causes primary injury via the mass effects but also contributes to secondary injury via toxic hematoma degradation products. Therefore, promoting hematoma clearance is a promising therapeutic strategy for intracerebral hemorrhage. However, the mechanisms underlying hematoma clearance currently remain unclear. By using the animal models of intracerebral hemorrhage as well as the in vitro microglial phagocytosis model, we propose to test the following hypotheses: 1) the hematoma components induce the expression of cystathionine-β-synthas (CBS), an endogenous hydrogen sulfide synthase, and CBS promotes microglial phagocytosis of hematoma by enhancing endogenous production of H2S; 2) Sulfide : quinone reductase (SQR)-mediated oxidation of H2S decreases ATP production and thus activates AMPK in microglia, which in turn promotes microglial phagocytosis. Based on our observation that CBS is induced only transiently following intracerebral hemorrhage, we also propose to investigate whether H2S donor administration following intracerebral hemorrhage is a novel strategy for hematoma clearance. For the first time, we will show that upregulation of CBS-mediated endogenous H2S production following intracerebral hemorrhage is an endogenous mechanism underlying hematoma clearance and that H2S oxidation by SQR is a novel mechanism to promote hematoma clearance following intracerebral hemorrhage.

脑出血形成的血肿不仅导致原发性脑损伤，而且血肿降解产生毒性组分也是导致继发性脑损伤的重要机制。因此，促进血肿清除对脑出血治疗具有重要意义。但迄今尚不清楚脑出血后血肿清除机制。本课题将在脑出血动物及原代小胶质细胞吞噬模型中研究：脑出血后血肿组分上调小胶质细胞硫化氢（H2S）合成酶CBS的表达，并通过CBS介导的内源性H2S合成提高小胶质细胞吞噬能力。这是脑出血后血肿清除的内源性机制。H2S提高小胶质细胞吞噬能力的分子机制是：H2S通过硫化物-醌还原酶（SQR）的氧化代谢导致胞内ATP合成下降从而激活AMPK。基于脑出血后CBS诱导表达持续时间较短暂的特点，我们还将探讨脑出血后补充外源缓释H2S供体是促进血肿清除的新策略。本课题将首次揭示：1）脑出血后CBS介导的小胶质细胞内源性H2S合成上调是血肿清除的内源性机制；2）以及 H2S通过SQR氧化代谢促进血肿清除的新机制。

血肿清除对于脑出血治疗具有重要意义，但血肿清除机制不明。硫化氢（H2S）是重要的内源性气体信号分子，但H2S对血肿清除的作用及机制尚无研究。本课题探讨了内源性H2S合成途径及外源H2S供体在血肿清除中的作用和机制。我们发现：1）小鼠在胶原酶或自体血导致脑出血后2-5天，脑中H2S合成酶CBS表达水平和内源性硫化氢合成能力上调。原代小胶质细胞经血肿组分（红细胞裂解液）处理后，CBS表达也升高。采用表达CBS-shRNA的慢病毒敲减小胶质细胞内源性CBS表达后，红细胞裂解液促进原代小胶质细胞吞噬红细胞的作用及降低线粒体膜电位的作用均被阻断。2）在利用shRNA技术敲减纹状体内源性硫化物-醌氧化还原酶（SQR）的小鼠中，外源H2S供体ADT促进血肿清除和神经功能损伤恢复的作用被阻断。利用小胶质/巨噬细胞特异性敲除SQR的基因小鼠，我们进一步确认ADT促进脑出血后血肿清除和行为功能恢复的作用依赖于内源性SQR。这表明H2S促进脑出血后血肿清除的作用依赖于SQR对H2S的氧化代谢。我们进一步探讨了H2S通过SQR氧化代谢导致的下游信号通路，结果表明SQR对H2S的氧化代谢可导致线粒体解偶联，从而降低线粒体膜电位。3）在小鼠脑出血后，外源性硫化氢供体ADT-OH促进血肿清除并促进神经运动功能的恢复。在原代小胶质细胞中，ADT-OH降低线粒体膜电位并促进红细胞的吞噬，提示线粒体膜电位下降可能是H2S促进小胶质细胞吞噬血肿的关键机制。通过本课题研究，我们首次发现：1）脑出血后CBS介导的小胶质细胞内源性H2S合成上调可能是血肿清除的内源性机制；2）SQR是H2S促进小胶质细胞清除血肿的关键靶点；3）H2S供体通过SQR氧化代谢导致小胶质细胞线粒体解偶联和线粒体膜电位下降，从而促进血肿清除。研究结果具有理论创新和临床转化意义。