分子氢通过抑制 Nrf2/HO-1 依赖性铁死亡对小鼠脑缺血再灌注损伤发挥神经保护作用

《Scientific Reports》：Molecular hydrogen exerts neuroprotection against cerebral ischemia–reperfusion injury via inhibition of Nrf2/HO-1-dependent ferroptosis in mice

　　

摘要

脑缺血再灌注（I/R）损伤（CIRI）代表了缺血性损伤后由再灌注诱导的继发性脑损伤。分子氢（H?）是一种高渗透性、高生物安全性且具选择性的抗氧化剂，已成为各种与氧化应激相关疾病中有前景的氧化还原调节剂。临床上，由 66.7% (v/v) 氢气和 33.3% (v/v) 氧气组成的平衡气体混合物是 H? 输送的标准且广泛接受的吸入配方。这种合理的氧气补充防止了单纯吸入高浓度 H? 引起的缺氧，从而保证了临床安全。然而，H? 在 CIRI 中调节 Nrf2/HO-1 信号和神经元铁死亡的精确机制尚不清楚。体内实验使用接受大脑中动脉闭塞和再灌注（MCAO/R）的 C57BL/6 小鼠进行，而体外研究则使用暴露于氧糖剥夺/再灌注（OGD/R）的 SH-SY5Y 细胞进行。梗死体积通过 TTC 染色评估，组织病理学变化通过 HE 和尼氏染色评估。Nrf2 介导的铁死亡相关标志物的蛋白表达通过 Western blot 和免疫组化检测，铁转运相关基因的 mRNA 水平通过 qPCR 检测。氧化应激、线粒体膜电位（MMP）和细胞凋亡通过生化测定和流式细胞术测量。使用 ML385（一种 Nrf2 抑制剂）和 Ferrostatin-1（一种铁死亡抑制剂）进行机制验证。吸入 66.7% H? / 33.3% O? 显著减少了 MCAO/R 小鼠的脑梗死体积、神经功能缺损、组织病理学病变和铁死亡。在受 OGD/R 处理的 SH-SY5Y 细胞中，H? 处理提高了细胞活力和 MMP，同时抑制了细胞凋亡和铁死亡。H? 也上调了 Nrf2、GPX4 和 HO-1 的表达，与 Ferrostatin-1 相似，而 ML385 预处理则消除了这些有益效应。本研究首次证明了 H? 通过 Nrf2/GPX4/HO-1 通路减轻氧化应激和铁死亡来保护免受 CIRI 侵害，揭示了氢介导的神经保护作用背后的新机制。