Kratka inhalacija sevoflurana lahko zmanjša nastanek glialne brazgotine po hipoksično-ishemični poškodbi možganov pri novorojenčkih podganah 3. del

SPC poveča izražanje HIF-1 v hipokampusu

V prejšnji študiji smo ugotovili, da je postkondicioniranje sevoflurana oslabilo astrogliozo in tvorbo glialnih brazgotin v hipokampusu ter izboljšalo učenje in motnje spomina po HI.

Glialno brazgotinjenje je bolezen, povezana z živčnim sistemom. Bolezen je pogosto povezana z izgubo spomina in bolnikom povzroča veliko stisko. Vendar se moramo zavedati, da obstaja močna povezava med glialnim brazgotinjenjem in spominom, vendar to ne pomeni, da bo spomin neizogibno upadel.

Pri zdravljenju glialnih brazgotin sta zelo pomembna pozitiven odnos in pravilne metode zdravljenja. Prizadevati si moramo ohranjati optimističen odnos, bolnike spodbujati k ustreznemu zdravljenju in jim nuditi potrebno pomoč.

Poleg tega sta pravilna prehrana in telesna vadba pomembna načina za preprečevanje in zdravljenje glialnih brazgotin. Uravnotežena in bogata prehrana lahko zagotovi dovolj hranilnih snovi za pomoč telesu pri okrevanju. Pravilna vadba lahko pospeši krvni obtok in metabolizem ter poveča odpornost telesa.

Skratka, čeprav glialne brazgotine lahko vplivajo na spomin, nam lahko pozitiven odnos in pravilno zdravljenje pomagata premagati težave ter ohraniti zdravo telo in oster um. Zato se izzivom soočajmo s pozitivno naravnanostjo in pogumno naprej. Vidi se, da moramo izboljšati spomin in Cistanche deserticola lahko bistveno izboljša spomin, saj lahko Cistanche deserticola uravnava tudi ravnovesje nevrotransmiterjev, kot je povečanje ravni acetilholina in rastnih faktorjev. Te snovi so zelo pomembne za spomin in učenje. Poleg tega lahko Cistanche deserticola izboljša pretok krvi in ​​spodbuja dostavo kisika, kar lahko zagotovi, da možgani prejmejo dovolj hranil in energije, s čimer se izboljša vitalnost in vzdržljivost možganov.

Kliknite poznajte dodatke za izboljšanje spomina

HIF{{0}} je bil potrjen kot ključni dejavnik v tem nevroprotektivnem mehanizmu (Yang et al., 2019). Za nadaljnjo raziskavo specifične regulacije, ki jo povzroča sevofluran, smo pregledali izražanje proteina HIF-1 v hipokampusu 12 , 24 in 48 ur po SPC. Naši rezultati so razkrili dinamične spremembe izražanja HIF-1: 12 ur po zdravljenju so opazili povečano izražanje HIF-1 v skupinah HI in HIS v primerjavi s skupino lažnih (P < 0,0001), vendar med HI praktično ni bilo razlik in HISgroups (Sliki 7A in B).

Štiriindvajset ur po SPC je bilo izražanje HIF1 zmanjšano v skupini HI v primerjavi s skupino HIS (P < 0.001), vendar še vedno povečano v primerjavi s skupino lažnih (P < 0,001; slika 7C) .

Oseminštirideset ur po SPC se je izražanje HIF-1 v skupini HI vrnilo na zelo nizko raven in se ni razlikovalo od lažne skupine; vendar se je izražanje HIF-1 še vedno ohranilo na zelo visoki ravni v skupini HIS (P < 0.01; slika 7D). Nato smo pregledali izražanje mRNA HIF-1 ( glede na GAPDH) v hipokampusu 12, 24 in 48 ur po SPC z analizo PCR v realnem času.

Rezultati so pokazali, da je ekspresija mRNA HIF{{0}} dosegla vrhunec 24 ur po HI (P <0,001; Slika 7E) in da ni bilo očitnih razlik med skupinama HI in HIS na pregledanih treh časovnih točkah. Tako je dinamična regulacija HIF-1, ki jo povzroča sevofluran, verjetno vključevala posttranslacijsko regulacijo, kar je v skladu z našo hipotezo.

Da bi nadalje raziskali našo hipotezo, da SPC zmanjša sastrogliozo po poškodbi HI pri novorojenčkih podganah z uravnavanjem DJ-1 za zaviranje vseprisotnosti HIF-1, smo pregledali izražanje proteinov VHL in DJ-1 (slika 8A).

Beljakovina VHL fizično sodeluje z DJ{{0}} (Parsanejad et al., 2014), kot je bilo analizirano na nepristranskem masnem spektrometričnem zaslonu in potrjeno v modelu aPD. Naše ugotovitve so pokazale, da bi lahko DJ-1 zaviral vseprisotnost, odvisno od VHL, in stabiliziral ekspresijo HIF-1. Poleg tega so naši rezultati pokazali, da se je ekspresija VHL zmanjšala, ko se je ekspresija DJ-1 povečala v skupini HIS v primerjavi z Skupina HI (P <0,05; sliki 8B in C).

Zaviralec HIF-1 YC-1 oslabi izboljšanje učenja in spomina, ki ga povzroči sevofluran

Neonatalni HIE vodi do številnih negativnih dolgoročnih učinkov; ena najhujših disfunkcij je okvara učenja in spomina. Številni dokazi so pokazali, da lahko SPC ščiti pred poškodbami HI in izboljša funkcijo učenja in spomina (Wang in sod., 2019a; Xue in sod., 2019; Yanget sod., 2019).

Vbrizgali smo YC{{0}}, zaviralec HIF-1, da preverimo, ali je zaščitni mehanizem sevoflurana povezan s HIF-1. Morrisov vodni labirint je bil uporabljen za oceno učenja in prepoznavanja 29–34 dni po operaciji (slika 9A). Med skupinama HI in HIS so bile očitne razlike v zakasnitvi pobega (P < 0.0001). Zdravljenje z YC-1 je izrazito povečalo latenco pobega po izpostavljenosti sevofluranu (P < 0,01; slika 9B).

Pri preskusu prostorske sonde se je skupina HIS izkazala bolje kot HI (P < {{0}}.01) in HIS + YC-1 (P < 0,05; Slika 9C) Skupina z injiciranjem YC-1 pa ni pokazala izrazitega izboljšanja v primerjavi s skupino HI. Razen tega glede na rezultate preskusa hitrosti plavanja ali vzmetenja (P > 0,05; sliki 9D in E) niso opazili nobene motorične okvare.

Rezultati testa na prostem niso pokazali razlik v času, preživetem v središču, ali skupni prevoženi razdalji med skupinami (P > 0.05; slika 9F–H), kar kaže, da med štirimi skupinami ni bilo razlik v gibalni aktivnosti ali anksioznem vedenju.

Diskusija

Klasični model Rice–Vannucci je bil uporabljen v tej študiji za ovrednotenje učinkov SPC na HIE pri podganah P7 (Jevtovic-Todorovicet al., 2003; Grandvuillemin et al., 2017). Naši rezultati so pokazali, da: (1) je SPC izboljšal dolgotrajno učenje in spomin pri novorojenčku HIE z zmanjšanjem čezmerne hipokampalne astroglioze in glialnih brazgotin; (2) sevofluran lahko inducira opaženo nevroprotekcijo s stabilizacijo izražanja HIF-1 z zaviranjem njegove vseprisotnosti; in (3) zaviranje vseprisotnosti HIF-1 s sevofluranom je lahko inducirano s povečano regulacijo DJ-1, za katero je bilo dokazano, da deluje nevroprotektivno pri PD (Parsanejad et al., 2014) in je urejeno s SPC.

Glialne brazgotine vplivajo na poravnavo nevronov in nastajanje sinaps v razvijajočih se možganih. Pri tem smo ugotovili, da sevofluran uravnava protein DJ-1, ki ščiti možgane, zmanjšuje raven vseprisotnosti HIF-1, izboljšuje brazgotinjenje glije in vpliva na dolgoročno učenje in spominske funkcije za izvajanje zaščite možganov. Večina živorojenih otrok preživeli HIE trpijo za hudo nevrološko disfunkcijo, kot je cerebralna paraliza, epilepsija in zlasti dolgotrajne motnje učenja in spomina (Edwards et al., 2010; Descloux et al., 2015).

Vendar se trenutno zdravljenje HIE osredotoča predvsem na simptomatsko zdravljenje (Yuan, 2009). Le nekaj zdravljenj, kot je zmerna hipotermija celega telesa, lahko zagotovi nevroprotekcijo in izboljša dolgoročne rezultate.

Uporaba inhalacijskega anestetikavoflurana po neonatalnem HIE zagotavlja nevroprotekcijo, ki lahko odpravi škodo, ki jo povzroči HI, kot je bilo potrjeno v študijah na živalih (Lai et al., 2016; Kim et al., 2017). Tudi vpliv anestetikov na razvojni živčni sistem je že vrsto let vroča tema raziskav (Archer et al., 2017).

Učinki inhalacijskih anestetikov na možgane so odvisni od koncentracije. Nizke koncentracije in kratkotrajna zdravljenja imajo zaščitne učinke na poškodovane možgane, medtem ko lahko visoke koncentracije in dolgotrajna zdravljenja poškodujejo možgansko tkivo. Vendar pa mehanizem, na katerem temelji zaščita pred poškodbami možganov, še ni pojasnjen.

Zato smo raziskali potencialne mehanizme sevoflurana za izboljšanje učenja in spominske funkcije. Astrociti so ključne komponente centralnega živčnega sistema za odziv na poškodbe, vključno z asfiksijo novorojenčka (Zhao in Rempe, 2010). V akutni fazi po poškodbi HI se te glialne celice aktivirajo in začnejo proliferirati.

Proliferacija glialnih celic je ključna za tesnjenje mesta poškodbe, preoblikovanje strukture hipokampalnega tkiva ter časovno in prostorsko nadzorovanje lokalnega imunskega odziva; vendar postane ta odziv v kronični fazi škodljiv (Peknyand Nilsson, 2005; Pekny et al., 2014). Dejansko ta čezmerna hipertrofija astrocitov poškoduje anatomske strukture hipokampusa.

Natančneje, naši rezultati imunofluorescence so pokazali, da so astrociti okoli piramidne plasti CA1 in CA3 ter v regiji DG (zlasti meja med plastjo zrnatih celic in hilumom) močno uničili normalno strukturo tkiva. Procesi glialnih ogrodij so prerasli v redne nevronske nize.

Morfološki rezultati so pokazali, da so ti radialni gliarji, ki prekomerno izražajo GFAP, usmerili svoje procese v gosto mrežo, ki je oblikovala steni podobno strukturo, ki je ovirala razvoj sinaps in neposredno poslabšala prostorsko odvisno učenje in spomin (Wanner et al., 2008). Morrisov test vodnega labirinta, klasični vedenjski test, ki se uporablja za odkrivanje učenja in spomina, povezanega s hipokampusom (Wu et al., 2018), je bil v tej študiji združen z rezultati imunofluorescenčnega barvanja, da bi zagotovil nove dokaze, da bi sevofluran lahko izboljšal učenje in spomin z zmanjšanjem prekomerne astroglioze in glialnih brazgotin.

Ne samo, da se je po SPC zmanjšala intenzivnost imunofluorescence hipertrofičnih astrocitov neurocan in GFAPin, ampak so se zmanjšale tudi ravni izražanja beljakovin. Medtem je barvanje po Nisslu razkrilo gostejšo, bolj pravilno hipokampalno arhitekturo, hiperkromatsko citoplazmo, zelo malo izgube nevronov in izrazito celično atrofijo po SPC.

Golgijevo barvanje je prav tako zagotovilo dokaz, da lahko SPC poveča število dendritičnih bodic. Druga nova ugotovitev te študije je, da je SPC povečal izražanje sinaptičnih markerjev PSD95 in GAP43 v hipokampusu v primerjavi s skupino HI.

Ta pojav kaže, da lahko sevofluran poleg ublažitve glialnih brazgotin olajša nastanek hipokampalne sinapse, kar neposredno izboljša funkcije učenja in spomina (Zhanget sod., 2015; Lu in sod., 2017).

SPC je oslabil glialno brazgotinjenje in prekomerno proliferacijo astrocitov pri neonatalnem HIE med razvojem. Število dendritov je lahko povečano po SPC, kar je dokaz, da lahko sevofluran inducira nastanek sinapse po HI (Roberts et al., 2010). Uporaba YC-1, zaviralca HIF1, je obrnila terapevtski učinek, ki ga povzroča SPC, kar kaže, da je zaščita tvorbe sinapse močno povezana s HIF-1.

Kot ključni transkripcijski faktor ima HIF-1 različne ciljne gene, ki opravljajo različne funkcije, kot so procesi, vključeni v celično preživetje, transport in presnovo glukoze ter angiogenezo po ishemiji (Ostrowski in Zhang, 2020). Poleg tega HIF{{ 2}} izražanje je strogo regulirano z različnimi mehanizmi. Prejšnje študije so pokazale, da HIF-1 ne more dosledno obstajati v možganskem tkivu na visoki, učinkoviti ravni zaradi od kisika odvisne poti vseprisotnosti razgradnje (Hirayama in Koizumi, 2017).

Zato lahko iskanje načina za vzdrževanje ravni izražanja HIF razširi njegove zaščitne učinke po HI. Nedavno je bil predlagan nov način zdravljenja, pri katerem se po obdobju poškodbe HI uporablja blago hipoksično postkondicioniranje za ublažitev poškodbe možganov (Zhan et al., 2012). .Preverjeno je bilo, da hipoksično postkondicioniranje zmanjša gliaaktivacijo, vključno z astrociti in mikroglijo.

Poleg tega so po hipoksičnem postkondicioniranju opazili zmanjšanje vnetnih markerjev (Teo et al., 2015). Dokazano je, da je potencialni mehanizem, na katerem temelji ta zaščita, tesno povezan z vzdrževanjem izražanja HIF-1 (Zhu et al., 2014). Trenutno je postkondicioniranje hipoksije skoraj nemogoče uporabiti v klinični praksi kot običajno škodljivo zdravljenje in ima veliko potencialnih nevarnosti. Poleg tega individualne razlike v toleranci za hipoksijo otežujejo standardizacijo nadzora odmerka po kondicioniranem zdravljenju s hipoksijo (Zhan et al., 2012).

Pri neonatalnem HIE je zelo verjetno, da bo nenatančno naknadno kondicioniranje zdravljenja hipoksije povzročilo sekundarno poškodbo. V nasprotju s tem je sevofluran v klinični praksi varnejši, blažji in ga je mogoče bolje nadzorovati, in kot je dokazano v naši raziskavi, lahko tudi poveča izražanje HIF-1.

Podobno kot njegova nevroprotektivna vloga pri PD, se zdi, da ima DJ-1 bistveno vlogo pri SPC v naši raziskavi. Najbolje definiran substrat VHL, splošno znanega kompleksa ubikvitin ligaze E3, je HIF-1 (Zhang et al., 2018). Preverjeno je, da DJ-1 deluje z VHL in lahko učinkovito zmanjša izražanje VHL, kar povzroči stabilizacijo HIF-1 (Parsanejad et al., 2014).

Predvidevali smo, da sevofluran ščiti možgane pred hipoksičnimi poškodbami z uravnavanjem DJ-1 in zaviranjem ubikvitilacijske aktivnosti VHL. Naše nove ugotovitve, pridobljene s PCR v realnem času in Western blot analizo, podpirajo to hipotezo. Prvič, razlika v HIF -1 med skupinama SPC in HI ni nastala zaradi transkripcijskih sprememb.

Drugič, izražanje VHL se je zmanjšalo, medtem ko se je izražanje DJ-1 povečalo v skupini SPC. Tretjič, stabilizacija HIF-1 zaščitene sinapsne formacije ter učenja in spominske funkcije ter reverzna dastroglioza in glialno brazgotinjenje. Tako sevofluran najverjetneje uravnava HIF-1 z zaviranjem vseprisotnosti z VHL prek interakcije DJ-1. Prejšnja študija je pokazala, da ima HIF-1 bistveno vlogo pri regulaciji nevralnih izvornih matičnih celic in pri spodbujanju odzivov do hipoksije (Cunningham et al., 2012).

HIF-1 je intrinzični regulator multipotentnosti matičnih celic nevralnega matičnega izvora in razvojnih rezultatov po diferenciaciji. Nadaljnje raziskave so pokazale, da je HIF-1 spodbujal diferenciacijo nevralnih matičnih celic v nevrone in zaviral njihovo diferenciacijo v glialne celice z regulacijo signalnih poti Notch in Wnt v subventrikularnem območju (Lie et al., 2005; Morris et al., 2007; Kuwabara et al., 2009; Mazumdaret et al., 2010).

V hipokampusu novorojenčkov pri podganah lahko HIF-1 zagotovi tudi nevroprotekcijo z moduliranjem izidov diferenciacije nevralnih progenitorskih celic za ublažitev čezmerne astroglioze. Vendar je treba specifični mehanizem še pojasniti in zahteva nadaljnje raziskave. Trenutna študija je imela več omejitev. Prvič, dinamičnih sprememb v aktivaciji astrocitov niso opazili ali zabeležili.

Drugič, dokončni mehanizem, s katerim HIF1 zmanjša astrogliozo, ni bil raziskan. Tretjič, čeprav so opazili, da se aktivacija astrocitov in mikroglije pojavlja hkrati, se je naša študija osredotočila na astrocite namesto na aktivacijo mikroglije ali kasnejšo vnetno reakcijo, kar bi bilo izjemno dragoceno raziskati.

Drugič, uspešnost vedenjskih testov podganjih samic je bila nekoliko boljša kot pri podganjih samcih, povečanje glialnih celic pri podganjih samicah pa je bilo nekoliko manjše kot pri podganjih samcih.

Vendar rezultati vedenjskih testov obeh spolov niso pokazali nobenih statističnih razlik po postkondicioniranju s sevofluranom. Specifični mehanizem, ki je podlaga za spolno specifične učinke na razvoj po HI, bomo raziskali v naših prihodnjih raziskavah. Poleg tega bi bile genetske metode, kot je izločitev gena, ki kodira DJ-1, koristne pri dokazovanju, ali nevroprotektivni učinki zdravljenja SPC izhajajo iz zaviranja vseprisotnosti HIF-1.

Ne glede na to naše ugotovitve kažejo, da sevofluran ublaži astrogliozo in nastanek glialnih brazgotin v hipokampusu podgan ter zmanjša motnje učenja in spomina po poškodbi HI s stabilizacijo izražanja HIF-1. Ta mehanizem je lahko povezan s povečano regulacijo nevroprotektivnega proteina DJ-1, ki ga povzroči sevofluran, s čimer se zmanjša VHL, ubikvitinligaza HIF-1. Te ugotovitve zagotavljajo nove cilje za zdravljenje neonatalne ishemične hipoksične encefalopatije.

Avtorski prispevki: Zasnova in zasnova študije: PZ in QSG; eksperimentalna izvedba: QSG, YHZ in ZYW; analiza podatkov: QSG; zagotavljanje reagentov/materialov/orodij za analizo: HX, CL; pisanje papirja: QSG; statistična ekspertiza, pridobivanje sredstev, administrativna, tehnična ali materialna podpora in nadzor: PZ. Vsi avtorji so potrdili končno različico prispevka.

Nasprotja interesov: Avtorji izjavljajo, da nimajo navzkrižja interesov. Finančna podpora: To študijo je podprla Kitajska nacionalna fundacija NatureScience, št. 81671311, 81870838; ključni raziskovalni in razvojni program kitajske province Liaoning, št. 2018225004; in Izjemen znanstveni sklad kitajske bolnišnice Shengjing, št. 201708 (vsi za PZ). Viri financiranja niso imeli nobene vloge pri zasnovi in ​​načrtovanju študije, analizi ali interpretaciji podatkov, pisanju prispevka ali odločitvi o predložitvi tega prispevka za objavo.

Licenčna pogodba o avtorskih pravicah: Licenčno pogodbo o avtorskih pravicah so pred objavo podpisali vsi avtorji. Izjava o souporabi podatkov: Nabori podatkov, analizirani med trenutno študijo, so na voljo pri ustreznem avtorju na razumno zahtevo. Preverjanje plagiatorstva: dvakrat preverjeno s strani iThenticate. Strokovni pregled: Zunanje strokovno recenzirano .

Izjava o odprtem dostopu: To je revija z odprtim dostopom in članki se distribuirajo pod pogoji licence Creative Commons AttributionNonCommercial-ShareAlike 4.0, ki drugim omogoča nekomercialno remiksiranje, prilagajanje in nadgrajevanje dela, dokler je dano ustrezno dobropisje in so nove stvaritve licencirane pod enakimi pogoji.

Reference

1. Aleyasin H, Rousseaux MW, Phillips M, Kim RH, Bland RJ, Callaghan S, SlackRS, During MJ, Mak TW, Park DS (2007) Gen Parkinsonove bolezni DJ-1je tudi ključni regulator možganske kapi - povzročena škoda. Proc Natl Acad Sci US A104:18748-18753.

2. Aleyasin H, Rousseaux MW, Marcogliese PC, Hewitt SJ, Irrcher I, Joselin AP, Parsanejad M, Kim RH, Rizzu P, Callaghan SM, Slack RS, Mak TW, Park DS (2010) DJ-1 ščiti nigrostriatalne osi iz nevrotoksina MPTP z modulacijo poti AKT. Proc Natl Acad Sci USA 107:3186-3191.

3. Archer DP, Walker AM, McCann SK, Moser JJ, Appireddy RM (2017) Anestetična nevroprotekcija pri eksperimentalni kapi pri glodavcih: sistematični pregled in meta-analiza. Anesteziologija 126: 653-665.

4. Barkhuizen M, van den Hove DL, Vles JS, Steinbusch HW, Kramer BW, Gavilanes AW (2017) 25 let raziskav globalne asfiksije v možganih nezrelih podgan. Neurosci Biobehav Rev 75:166-182.

5. Berra E, Benizri E, Ginouvès A, Volmat V, Roux D, Pouysségur J (2003) HIFprolil-hidroksilaza 2 je ključni senzor za kisik, ki nastavlja nizke ravni v stanju dinamičnega ravnovesja HIF-1alfa pri normoksiji. EMBO J 22:4082-4090.

6. Burda JE, Sofroniew MV (2014) Reaktivna glioza in večcelični odziv na poškodbe in bolezni CNS. Nevron 81:229-248.

7. Choudhury GR, Ding S (2016) Reaktivni astrociti in terapevtski potencial infokalne ishemične kapi. Neurobiol Dis 85:234-244.

For more information:1950477648nn@gmail.com