《Frontiers in Molecular Neuroscience》：Sodium selenite mitigates white matter injury after spinal cord injury through GPX4-mediated suppression of ferroptosis
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引言： 脊髓损伤（spinal cord injury, SCI）常导致永久性神经功能障碍，而保护残余的白质束对于维持损伤后的运动功能至关重要。少突胶质细胞作为白质的成髓鞘细胞，因其富含多不饱和脂肪酸而对铁死亡高度易感；然而，谷胱甘肽过氧化物酶4（glutat
引言： 脊髓损伤（spinal cord injury, SCI）常导致永久性神经功能障碍，而保护残余的白质束对于维持损伤后的运动功能至关重要。少突胶质细胞作为白质的成髓鞘细胞，因其富含多不饱和脂肪酸而对铁死亡高度易感；然而，谷胱甘肽过氧化物酶4（glutathione peroxidase 4, GPX4）介导的铁死亡调控在硒诱导的神经保护中的作用仍不清楚。本研究旨在探讨亚硒酸钠（sodium selenite, SS）是否通过在大鼠SCI模型中上调GPX4来减轻白质损伤（white matter injury, WMI）并促进功能恢复。
方法： 在体内实验中，建立了大鼠SCI模型。研究人员单独使用SS治疗，或联合使用放线菌素D（一种已知可抑制GPX4表达的经典转录抑制剂）。系统评估了损伤中心处的GPX4表达、少突胶质细胞活力、铁死亡状态、白质完整性以及运动功能恢复情况。
结果： 在体内实验中，SS处理显著上调了SCI损伤中心处的GPX4表达（p < 0.01）。少突胶质细胞中的内源性GPX4在促进细胞存活和抑制受损脊髓铁死亡方面发挥了关键作用。SS给药显著减轻了WMI，并显著改善了SCI大鼠的运动功能恢复（p < 0.01）。值得注意的是，联合给予放线菌素D几乎完全消除了SS的治疗效果，表明GPX4上调是SS介导的神经保护所必需的。
结论： 这些发现表明，SS通过上调GPX4增强少突胶质细胞存活并减轻SCI后的WMI，从而促进功能恢复，提示SS可作为SCI相关神经功能障碍的一种潜在治疗策略。
研究背景与目的
脊髓损伤（spinal cord injury, SCI）是一种严重的神经系统疾病，常导致永久性的运动、感觉和自主神经功能障碍，严重损害患者生活质量。SCI的病理进程分为原发性和继发性损伤两个阶段。原发性损伤由即刻的机械创伤引起，直接破坏轴突和髓鞘的结构完整性；随后，继发性损伤阶段引发一系列病理事件，包括持续的神经炎症、铁过载和过度脂质过氧化，共同导致进行性组织变性，其特征为星形胶质细胞活化和少突胶质细胞丢失。尽管在阐明神经元损伤、存活和再生机制方面取得了重大进展，并确定了多种针对继发性损伤的候选治疗方法，但成功的临床转化仍然有限，治疗效果不尽如人意。
越来越多的临床前和临床证据表明，白质保存与SCI后的运动功能恢复密切相关，即使是少量残存的白质束也可能足以维持有意义的运动功能。白质束主要由少突胶质细胞包裹的轴突构成，其富含脂质的膜含有大量多不饱和脂肪酸，这使得这些细胞对脂质过氧化和铁死亡（ferroptosis）性细胞死亡尤为敏感。铁死亡是一种独特的、受调控的非凋亡性细胞死亡形式，特征为铁依赖性的脂质过氧化物积累和独特的线粒体形态改变。重要的是，越来越多的证据表明，铁死亡是SCI后损伤中心处的一个关键病理机制，由创伤后铁积累和过度脂质过氧化驱动。多个内源性防御系统已被鉴定可抑制铁死亡，其中谷胱甘肽-谷胱甘肽过氧化物酶4（glutathione peroxidase 4, GPX4）途径是研究最广泛且对防止脂质过氧化最为关键的。硒是GPX4发挥铁死亡抑制作用所必需的，因为GPX4是一种硒蛋白，其催化中心含有硒代半胱氨酸。临床研究表明，血清硒水平较高的SCI患者往往获得更好的神经功能恢复。基于此，研究人员提出假设：亚硒酸钠（sodium selenite, SS），一种生物可利用的硒补充剂，可通过上调GPX4表达来减轻SCI后的少突胶质细胞铁死亡及随后的白质损伤（white matter injury, WMI）。
主要技术方法
- 1.
动物模型建立： 采用成年雄性Sprague-Dawley大鼠（购自成都药康生物科技有限公司），通过T10椎板切除术暴露脊髓，并使用20克重物从30毫米高度落下撞击T10脊髓节段，建立中度挫伤性SCI模型。
- 2.
行为学评估： 使用Basso-Beattie-Bresnahan（BBB）运动功能评分量表，在损伤后第1、7、14、21和42天，由两名对分组不知情的研究人员独立评估后肢运动功能恢复情况。
- 3.
组织学与免疫组化分析： 使用Luxol Fast Blue（LFB）染色评估白质保存和髓鞘完整性；通过免疫组化（IHC）检测CC1阳性成熟少突胶质细胞的数量；利用免疫荧光（IF）染色观察GPX4、髓鞘碱性蛋白（myelin basic protein, MBP）、降解型MBP（degraded MBP, dMBP）和CNPase的表达与定位。
- 4.
分子生物学检测： 采用Western Blot（WB）定量检测损伤中心组织样本中GPX4、dMBP、SMI-32（轴突损伤标志物）和铁调节蛋白2（iron regulatory protein 2, IRP2）的蛋白表达水平。
- 5.
超微结构观察： 使用透射电子显微镜（transmission electron microscopy, TEM）观察髓鞘超微结构和线粒体形态，特别是量化具有铁死亡特征的皱缩线粒体的比例。
研究结果
3.1 亚硒酸钠改善脊髓损伤后的功能恢复并保护少突胶质细胞
通过BBB评分评估，与未治疗的SCI组相比，SS治疗的大鼠在损伤后21天和42天表现出显著更高的BBB评分，表明功能恢复得到改善。免疫组化分析显示，SCI导致损伤中心处CC1阳性成熟少突胶质细胞数量显著减少，而SS处理则显著增加了这些细胞的数量。当联合使用转录抑制剂放线菌素D（Act-D）时，SS的这种保护效应被显著减弱，表明其保护作用依赖于转录调控。
3.2 亚硒酸钠保护髓鞘完整性并减轻脊髓损伤后的白质损伤
LFB染色显示，SS处理显著保留了SCI后的脊髓整体结构及白质结构。免疫荧光染色结果表明，SCI后MBP表达显著降低，而SS给药则显著恢复了MBP表达，同时降低了dMBP的免疫反应性。Western Blot结果进一步证实，SS处理显著抑制了SCI诱导的dMBP和SMI-32蛋白水平的升高，表明SS减少了髓鞘崩解和轴突损伤。
3.3 亚硒酸钠减轻脊髓损伤后与铁死亡相关的脱髓鞘
TEM观察显示，SCI导致髓鞘厚度显著减小，而SS处理则显著保留了髓鞘厚度。超微结构分析还发现，SCI组中铁死亡特征性的皱缩线粒体比例显著增加，SS处理则显著降低了这一比例。此外，Western Blot结果显示，SCI后IRP2表达显著升高，而SS给药则使其显著降低。这些结果共同表明，SS至少部分通过抑制铁死亡来减轻WMI。
3.4 亚硒酸钠通过上调GPX4抑制脊髓损伤后的少突胶质细胞铁死亡
免疫荧光共染显示GPX4主要在少突胶质细胞中表达，且SS处理增强了GPX4的表达。Western Blot分析证实，SCI后GPX4蛋白表达显著下调，而SS处理则显著逆转了这一变化。同时，SS也逆转了SCI后IRP2的上调。Act-D的联合应用显著消除了SS引起的GPX4上调及其对皱缩线粒体的减少作用。这表明SS是通过上调GPX4表达来抑制少突胶质细胞铁死亡的。
讨论与结论
在讨论部分，研究人员首先指出，白质保存程度是决定SCI后神经功能恢复的主要因素，而少突胶质细胞的铁死亡是导致脱髓鞘和WMI的关键环节。本研究的核心发现是，SS处理能够显著恢复损伤中心处下降的GPX4表达，进而保护少突胶质细胞存活、减少铁死亡相关的线粒体损伤和IRP2表达、减轻WMI并改善运动功能。这些有益效应可被Act-D消除，证实了GPX4的转录调控是SS神经保护作用的关键机制。研究人员讨论了结构保存与功能恢复之间的时间差现象，认为这反映了不同测量指标的特性差异，早期结构获益最终会转化为后期的功能改善。他们还分析了IRP2与GPX4之间的功能联系，即铁过载会增加GPX4需要解毒的过氧化负担，而SS降低IRP2并恢复GPX4则表明了铁驱动的过氧化应激得到缓解。此外，研究人员指出，本研究将抑制铁死亡确定为硒介导的神经保护的一个新机制，并强调了GPX4依赖性铁死亡防御通路在白质保护中的重要性。他们承认研究中存在的局限性，包括仅在雄性大鼠模型中验证、未探究与其他细胞死亡形式的相互作用、硒的治疗窗较窄以及未考察其他GPX4非依赖的铁死亡抑制通路等。最后，研究人员得出结论：SS通过上调GPX4表达并抑制SCI损伤部位的铁死亡，促进少突胶质细胞存活，保护髓鞘完整性，减轻白质损伤，最终改善SCI大鼠的运动功能恢复。这些发现将GPX4-铁死亡轴确定为SCI后白质保护的关键治疗靶点，并突出了SS作为一种有前景的药理学策略，可用于减轻继发性损伤和促进神经功能恢复。
