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为明确丹酚酸钠(SDSS)治疗缺血性脑卒中(IS)的时间窗及机制,研究人员利用 MCAO 小鼠和 OGD/R 损伤 HT22 细胞模型,发现 SDSS 治疗窗为 MCAO 后 6 小时内,其通过激活 Nrf2/GPX4 轴抑制氧化应激和铁死亡,为 IS 治疗提供新方向。
脑卒中已成为全球成年人发病和死亡的主要原因之一,其中缺血性脑卒中(IS)占比超 80%。目前,临床常用的重组组织型纤溶酶原激活剂(rt-PA)溶栓等治疗手段存在治疗时间窗窄、禁忌证多等问题,许多患者无法从中获益。因此,寻找安全有效的新型治疗药物和方法、明确其治疗时间窗及作用机制,对改善缺血性脑卒中患者的预后至关重要。
在这样的背景下,第四军医大学的研究人员开展了丹酚酸钠(Sodium of Danshensu,SDSS)对脑缺血治疗时间窗及作用机制的研究。该研究成果发表在《Brain Research Bulletin》上,为缺血性脑卒中的治疗提供了新的思路和潜在药物选择。
研究人员主要采用了以下关键技术方法:构建小鼠短暂大脑中动脉闭塞(MCAO)模型和 HT22 细胞氧葡萄糖剥夺 / 复氧(OGD/R)模型模拟缺血性脑卒中;通过 MicroRNA-seq 分析差异表达基因;运用分子对接、分子动力学(MD)模拟和表面等离子体共振(SPR)实验研究 SDSS 与 Nrf2 的相互作用;在 Nrf2 敲除小鼠中探究 SDSS 的神经保护机制;利用商业试剂盒、透射电子显微镜(TEM)和蛋白质免疫印迹(Western blotting)等技术检测相关生物标志物、线粒体结构及蛋白表达。
3.1 SDSS 在 MCAO 诱导小鼠中的治疗时间窗长达 6 小时
通过对小鼠进行神经功能评分、行为学测试(转棒实验和黏附去除实验)及脑梗死体积测量,发现 SDSS 在 MCAO 后 1、3、6 小时给药能显著改善神经功能缺损、延长小鼠在转棒上的停留时间、缩短黏附去除时间并减小脑梗死体积,而在 9 小时给药则无治疗作用,表明 SDSS 的治疗时间窗为 MCAO 后 6 小时内。
3.2 脑组织的 miRNAs 分析
对 MCAO 组和 MCAO+SDSS 组小鼠缺血脑组织进行 MicroRNA 测序,筛选出 15 个调控铁死亡通路的差异表达 miRNA,通过 PCR 验证其中 9 个差异显著。进一步预测并分析其靶基因,发现关键基因如 Nrf2、GPX4、SLC7A11 等,富集分析表明这些基因与铁死亡相关,且部分通过 Nrf2/GPX4 信号通路介导。
3.3 SDSS 与 Nrf2 相互作用的关键氨基酸残基
分子对接和 MD 模拟显示,SDSS 与 Nrf2 的结合能为 - 33.86 kcal/mol,可与 Nrf2 的 VAL515、TYR46 等残基形成疏水作用力、氢键和盐桥,形成稳定复合物,表明 SDSS 能直接结合 Nrf2。
3.4 SDSS 保护 HT22 细胞免受 OGD/R 损伤
在 OGD/R 损伤的 HT22 细胞中,SDSS 能浓度依赖性地提高细胞活力、减少乳酸脱氢酶(LDH)释放,其中 80 μM 为最佳浓度。该浓度的 SDSS 可降低细胞内 Fe2?、丙二醛(MDA)和活性氧(ROS)水平,升高谷胱甘肽(GSH)水平及 GSH/GSSG 比值,表明其能抑制氧化应激和铁死亡。
3.5 SDSS 抑制氧化应激和铁死亡
进一步研究证实,SDSS 通过抑制 OGD/R 诱导的 Fe2?、MDA 和 ROS 积累,以及 GSH 耗竭,发挥抗氧化和抗铁死亡作用,保护细胞免受损伤。
3.6 SDSS 与 Nrf2 结合增强其活性及 SLC7A11、GPX4 表达
SPR 实验显示 SDSS 与 Nrf2 的平衡解离常数(KD)为 5.15×10?? M,表明两者具有较强结合力。SDSS 能增强 Nrf2 核蛋白表达活性,上调 HT22 细胞中 Nrf2、SLC7A11 和 GPX4 的蛋白及 mRNA 水平,提示其保护作用与 Nrf2 介导的 GPX4 信号通路相关。
3.7 SDSS 在 Nrf2?/?小鼠中无神经保护作用
在 Nrf2 敲除小鼠中,SDSS 不能改善 MCAO 诱导的神经功能缺损、减小脑梗死体积或减少神经元凋亡,且对氧化应激和铁死亡相关指标(MDA、Fe2?、GSH 等)及线粒体结构损伤均无改善作用,证实 SDSS 的神经保护作用依赖于 Nrf2。
3.8 SDSS 对 CIRI 的保护作用可能通过 Nrf2/GPX4 轴介导
Western blot 和免疫荧光分析显示,在野生型小鼠中,SDSS 能上调 SLC7A11、GPX4、FTH1、HO-1 等蛋白表达,下调 ACSL4、TFRC 表达,而在 Nrf2?/?小鼠中则无此作用,进一步表明 SDSS 通过激活 Nrf2/GPX4 轴抑制铁死亡,发挥神经保护作用。
本研究首次明确了 SDSS 治疗缺血性脑卒中的时间窗为发病后 6 小时内,揭示其通过直接结合 Nrf2,激活 Nrf2/GPX4 信号通路,抑制氧化应激和铁死亡,从而减轻脑缺血再灌注损伤。该研究不仅为缺血性脑卒中的治疗提供了一种具有潜力的候选药物,还为拓展其临床应用提供了重要的理论依据。同时,研究结果也为深入探索天然药物在神经保护领域的作用机制提供了新的思路和方向。