外伤性脑损伤后脑组织铁调素的变化及其意义

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目的:研究外伤性脑损伤(Traumatic brain injury,TBI)后铁调素(Hepcidin)在脑组织的表达特性及其与铁死亡(Ferroptosis)的关系。方法:1本实验建立大鼠左侧控制性皮层打击模型(Controlled cortical impact,CCI),采用DFO干预,研究TBI早期(72h内)大鼠皮质铁调素的变化情况、铁浓度与铁调素表达的关系、铁调素与神经元的共定位情况。qRT-PCR评估铁调素mRNA转录水平。ELISA检测铁调素蛋白浓度变化。铁浓度检测试剂盒检测脑组织非血红素总铁含量(二价铁和三价铁)。免疫印迹评估BMPs/SMAD1/5/8信号通路激活情况。通过免疫荧光染色评估铁调素在脑组织细胞中的信号强度,并进行铁调素与神经元(NeuN)或星形胶质细胞(GFAP)的共定位分析。2观察TBI后铁调素siRNA脑室内转染对大鼠皮质铁浓度,脂质过氧化程度,脑水肿,行为学和神经元丢失程度的影响。造模前24h和30min通过左侧侧脑室连续两次注射铁调素siRNA。qRT-PCR和ELISA分别评估铁调素mRNA转录水平和蛋白含量,判断siRNA体内转染是否成功。铁浓度检测试剂盒评估非血红素总铁含量。MDA反映脂质过氧化程度。测量双侧大脑半球脑含水量评估脑水肿严重程度。造模后第11-16天通过Morris水迷宫实验评估空间学习记忆能力。第16天通过NeuN免疫荧光判断神经元存活情况。3评估TBI后脑组织铁死亡的发生情况。实验分组设置为sham,CCI,CCI+DFO,CCI+Vehicle和CCI+Lip-1组。DFO(100mg/kg)和Lip-1(10mg/kg)经腹腔注射给药。MDA评估脂质过氧化程度。测量双侧半球脑含水量评估脑水肿严重程度。FJB染色评估神经元变性。结果:1 TBI后脑组织中铁浓度的升高可引起脑组织铁调素表达上调CCI造模后24h脑组织中非血红素总铁含量(二价铁和三价铁)即开始升高,72h升高至2倍。qRT-PCR和ELISA均显示铁调素在CCI后24出现表达上调,并持续至72h。免疫印迹结果显示CCI后pSMAD1/5/8/SMAD 1/5/8比值于24h开始出现明显增加并持续至72h,提示BMPs/SMAD1/5/8通路的激活。免疫荧光显示TBI后脑组织细胞中铁调素信号强度增强,共定位分析显示NeuN与铁调素信号共标现象增加,而未见明显的GFAP与铁调素共标现象。DFO干预后,铁含量,铁调素mRNA,铁调素浓度及pSMAD1/5/8/SMAD1/5/8比值均显著下降。2铁调素siRNA加重了脑损伤程度相较于CCI组,铁调素siRNA体内转染后脑组织中铁浓度明显升高;脑含水量增加;造模后Morris水迷宫实验中逃避潜伏期在实验第4、5天显著延长,而平台跨越次数、目标象限时间百分比均有所下降,提示铁调素siRNA加重TBI后的神经功能障碍;第16天NeuN阳性细胞计数显示神经元丢失显著增加。3 TBI后脑组织有铁死亡的发生TBI后经DFO和LIP-1干预,脑组织中MDA,FJB阳性细胞数及脑含水量均明显下降。结论:TBI后脑组织非血红素总铁(Fe2+和Fe3+)显著升高,可引起脑组织铁调素表达上调,其具体机制可能是通过激活BMPs/SMAD1/5/8信号通路。神经元中铁调素含量上升而星形胶质细胞内未见明显铁调素含量改变,说明TBI后铁调素对所作用的脑细胞具有选择性。TBI后铁调素的升高可作为一种负反馈调节机制,降低脑组织铁含量并减少铁死亡的发生进而缓解脑损伤。
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