Fascin1在急性脑外伤中通过协调AKT/mTOR、STAT3和NF-κB信号通路加剧神经炎症和神经元损伤

《Brain Research Bulletin》：Fascin1 Exacerbates Neuroinflammation and Neuronal Injury in Acute TBI by Orchestrating the AKT/mTOR, STAT3, and NF-κB Signaling Pathways

　　

研究人员发现，Fascin1在急性脑外伤（TBI）小鼠损伤皮质和脂多糖（LPS）激活的小胶质细胞中显著升高；Fascin1敲低使小胶质细胞从促炎表型转向抗炎表型，降低神经毒性；Fascin1通过AKT/mTOR、STAT3和NF-κB信号通路调节神经炎症。

**论文解读：Fascin1在急性脑外伤中通过协调AKT/mTOR、STAT3和NF-κB信号通路加剧神经炎症和神经元损伤**

研究背景与目的：创伤性脑损伤（traumatic brain injury，TBI）是全球性公共卫生挑战，每年导致数百万患者持续神经功能缺损和生活质量下降。原发性机械损伤后，大脑微环境进入继发性损伤级联反应，其中小胶质细胞（中枢神经系统驻留巨噬细胞）介导的先天免疫反应是病理核心。在急性神经炎症中，小胶质细胞从静息态转变为激活表型，施加神经毒性（M1样）或神经保护（M2样）效应。然而，过度或持久的促炎极化会加剧神经元死亡和组织损伤。小胶质细胞激活的特征是形态从分支状向阿米巴状转变，这一过程由细胞内细胞骨架机械装置驱动，但细胞骨架重组与炎症信号传导之间的联系在TBI背景下仍不明确。Fascin1是一种保守的肌动蛋白捆绑蛋白，已知在癌症中驱动细胞迁移和转移，在神经系统中发育期丰富，成年脑中维持低水平，但病理条件下可重新诱导。然而，其在急性TBI中的精确功能尚未明确。此前研究暗示Fascin1可能作为支架整合细胞内信号级联，但缺乏直接证据。AKT/mTOR、STAT3和NF-κB信号网络是小胶质细胞极化的主调节因子，研究人员假设TBI诱导的Fascin1上调作为上游调节器，通过维持这些通路的激活将小胶质细胞锁定在有害的促炎状态。因此，本研究旨在表征Fascin1在急性TBI中的表达，阐明其在小胶质细胞表型极化中的调节作用，并确定在体内和体外沉默Fascin1是否通过阻断AKT/mTOR、STAT3和NF-κB信号网络提供神经保护。该论文发表在《Brain Research Bulletin》。

关键技术方法：研究人员采用多层面方法，包括：临床样本队列（福建漳州市医院60例急性TBI患者与60例健康对照血清，伦理批准号2024KYZ282）；小鼠C57BL/6J（8-10周龄，20-22g）接受控制性皮质撞击（CCI）造模；体外使用小鼠小胶质细胞系BV2与海马神经元系HT22（均购自中国科学院细胞库）；通过侧脑室注射Fascin1小干扰RNA（siRNA）实现体内基因沉默；建立非接触Transwell共培养体系评估小胶质细胞介导的神经毒性；采用酶联免疫吸附试验（ELISA）检测炎症因子，实时定量PCR（qRT-PCR）和蛋白免疫印迹（Western blot）分析基因及蛋白表达，流式细胞术检测细胞凋亡，荧光探针评估活性氧（ROS）水平；行为学测试包括改良神经功能缺损评分（mNSS）、旋转杆实验和Morris水迷宫（MWM）；组织学分析包括HE染色、尼氏染色及免疫荧光（IF）染色。

研究结果：
3.1 Elevated Fascin1 expression characterizes the acute inflammatory response in TBI patients, TBI mice, and activated microglia：通过ELISA检测发现，急性TBI患者（n=60）血清Fascin1蛋白水平显著高于健康对照（n=60），且严重TBI（GCS 3-8分）患者表达最高，与入院GCS评分呈显著负相关（r = -0.625, P < 0.001）。体外LPS刺激BV2小胶质细胞后，qRT-PCR和Western blot均证实Fascin1 mRNA和蛋白显著上调。
3.2 Fascin1 is required for the maintenance of the pro-inflammatory phenotype and cell survival in activated microglia：使用siRNA沉默BV2细胞中Fascin1后，CCK-8实验显示细胞活力恢复，流式细胞术显示凋亡减少。ELISA表明促炎因子（IL-6, IL-1β, TNF-α）释放受抑，抗炎因子IL-10分泌增加。Western blot显示M1标志物（iNOS, CD86, CD68）下降，M2标志物（Arg1, CD206）上升，同时促凋亡蛋白（Bax, Cleaved Caspase-3）减少，抗凋亡蛋白Bcl-2增加。
3.3 Fascin1 governs microglial polarization via the orchestration of AKT/mTOR, STAT3, and NF-κB signaling networks：LPS刺激诱导AKT、mTOR、STAT3和p65的磷酸化显著增强，而Fascin1敲低后这些磷酸化比例（p-mTOR/mTOR, p-AKT/AKT, p-STAT3/STAT3, p-p65/p65）均显著降低，表明Fascin1是这些信号网络共同激活所必需的上游调节因子。
3.4 Depletion of microglial Fascin1 confers neuroprotection against microglial-mediated neurotoxicity：在BV2-HT22非接触共培养模型中，LPS激活的小胶质细胞导致HT22神经元活力下降、凋亡增加和ROS升高；预先沉默BV2中的Fascin1可显著减轻这些神经毒性效应，且共培养后BV2中信号通路磷酸化同样受到抑制。
3.5 Intracerebroventricular silencing of Fascin1 promotes functional recovery and mitigates histological damage in TBI mice：TBI小鼠侧脑室注射si-Fascin1后，mNSS评分在伤后3天和7天显著降低，旋转杆实验显示运动协调能力改善，Morris水迷宫训练期逃避潜伏期缩短、探索期目标象限时间和平台穿越次数增加，HE染色显示梗死体积和炎症细胞浸润减少。
3.6 in vivo inhibition of Fascin1 drives anti-inflammatory repolarization and suppresses inflammatory signaling pathways：免疫荧光染色显示si-Fascin1处理组损伤周围皮质中CD16+/Iba-1+（M1样）细胞减少，CD206+/Iba-1+（M2样）细胞增多；qRT-PCR证实M1标志物（iNOS, CD16, CD32）mRNA下调，M2标志物（IL-10, Arg-1, CD206）上调；Western blot确认TBI诱导的mTOR、AKT、STAT3和p65磷酸化在si-Fascin1组被显著抑制。

讨论与结论：讨论部分指出，本研究揭示了Fascin1在鼠TBI急性期的病理作用，聚焦于其对小胶质细胞极化和神经炎症信号的调节。Fascin1被确定为小胶质细胞表型转变的关键上游调节因子，并通过AKT/mTOR、STAT3和NF-κB网络作为潜在机制。Fascin1表达作为分子开关，将平衡推向神经毒性促炎状态，加剧神经元损伤。与传统观点认为Fascin1仅为结构蛋白不同，研究人员认为它是小胶质细胞炎症机制的整体组成部分。通过侧脑室siRNA沉默，Fascin1耗竭显著改善神经功能结局，减少病变体积，改善运动协调和空间学习记忆。共培养实验表明，沉默微胶质细胞Fascin1通过改变其分泌组，转移为抗炎表型，保护神经元免受氧化应激和凋亡。关键机制在于Fascin1可能作为分子支架，促进AKT/mTOR、STAT3和NF-κB信号复合物的空间组装，从而维持神经炎症。研究局限性包括：M1/M2二分法简化了体内异质性；血清Fascin1升高可能反映全身创伤；侧脑室注射缺乏细胞特异性；未直接证明Fascin1与通路的物理相互作用；只限于急性期。结论部分翻译：综上所述，这些发现表明Fascin1是TBI后促炎小胶质细胞极化和神经炎症的关键驱动因素。通过空间组织AKT/mTOR、STAT3和NF-κB信号网络，Fascin1将小胶质细胞锁定在有害表型上。我们的结果强调了Fascin1作为新型治疗靶点的潜力，提示其抑制可以减轻继发性脑损伤并促进功能恢复。