TIMP1通过MAPK通路促进小胶质细胞M2极化改善缺血性脑卒中后早期脑损伤的分子机制研究

本研究针对缺血性脑卒中(IS)后早期脑损伤(EBI)的神经炎症调控难题，发现组织金属蛋白酶抑制剂-1(TIMP1)可通过抑制MAPK信号通路促进小胶质细胞向M2型极化，显著改善神经功能缺损。研究人员通过生物信息学筛选结合体内外实验验证，首次揭示TIMP1通过p38/JNK/ERK通路调控免疫微环境，为IS治疗提供新靶点。

　　

脑卒中作为全球致残致死的主要原因，其中缺血性脑卒中(IS)占比超过80%。尽管溶栓和血管介入治疗是当前主要手段，但狭窄的治疗时间窗和高风险性限制了疗效。早期脑损伤(EBI)的复杂病理过程涉及钙超载、兴奋性氨基酸神经毒性、氧化应激和神经炎症等多重机制。尤其值得注意的是，小胶质细胞/巨噬细胞在缺血后被激活并募集至病变部位，分化为促炎的M1型和抗炎的M2型，二者的平衡直接影响神经修复进程。然而，如何精准调控小胶质细胞极化表型以改善EBI，仍是亟待解决的科学问题。

榆林医院（西安交通大学第一附属医院）的Kangkang Zhao和Zizhao Huang团队在《Hereditas》发表的研究，通过整合生物信息学分析与实验验证，揭示了TIMP1-MAPK轴在调控小胶质细胞极化中的关键作用。研究人员首先从GEO数据库筛选出254个差异表达基因(DEGs)，通过蛋白互作网络分析锁定TIMP1和波形蛋白(VIM)两个核心基因。随后构建大鼠大脑中动脉闭塞再灌注(MCAO/R)模型和BV2小胶质细胞氧糖剥夺再灌注(OGD/R)模型，结合AAV病毒介导的基因过表达技术，系统阐明了TIMP1通过抑制p38/JNK/ERK磷酸化促进M2极化的分子机制。

关键技术方法包括：1)基于GSE148350等6个GEO数据集进行生物信息学分析；2)建立MCAO/R大鼠模型评估神经功能缺损(Zea-Longa评分)、脑含水量及组织病理变化；3)采用OGD/R处理的BV2-HT22共培养体系检测细胞活力(CCK-8)和凋亡(流式细胞术)；4)通过Western blot分析MAPK通路关键蛋白磷酸化水平；5)利用qRT-PCR检测炎症因子表达。

筛选EBI相关DEGs
通过分析年轻和老年大鼠脑组织的转录组数据，发现254个共同DEGs，富集分析显示这些基因与免疫反应、氧化应激和细胞凋亡密切相关。PPAR和IL-17信号通路被确定为关键调控路径。

核心基因鉴定与验证
从15个核心基因中筛选出具有诊断价值的TIMP1(AUC=0.92)和VIM(AUC=0.81)。免疫浸润分析表明TIMP1与中性粒细胞、MDSC等免疫细胞浸润显著相关，提示其免疫调节潜能。

TIMP1改善MCAO/R损伤
在体实验显示，TIMP1过表达使神经功能评分提高50%，脑含水量降低18%，并显著增加皮层神经元存活率。Western blot证实TIMP1上调抗凋亡蛋白Bcl-2/Bax比值(1.8倍)，促进M2标志物Arg-1表达(2.3倍)，同时抑制M1标志物iNOS(62%)和促炎因子TNF-α/IL-6 mRNA水平。

调控MAPK通路机制
体外实验发现，TIMP1过表达使OGD/R处理的BV2细胞p-p38、p-JNK和p-ERK水平分别降低47%、53%和41%。共培养体系中HT22神经元凋亡率下降65%，细胞活力提升2.1倍，证实TIMP1通过抑制MAPK通路活化发挥神经保护作用。

该研究首次阐明TIMP1作为IS后EBI的关键调节因子，通过双重机制发挥作用：一方面抑制MAPK通路减轻炎症反应，另一方面促进小胶质细胞向M2型极化以改善免疫微环境。这不仅为理解神经炎症调控提供了新视角，更启示TIMP1-MAPK轴可能成为IS治疗的潜在靶点。特别值得注意的是，研究采用的跨年龄组生物信息学分析增强了结论的普适性，而体内外模型的有机结合为转化医学研究奠定了坚实基础。未来研究可进一步探索TIMP1与其他神经退行性疾病的关联，以及其作为生物标志物在临床诊断中的应用价值。