硫化氢诱导小胶质细胞M2极化促进脑缺血后血管新生的机制研究

Alternative activation (M2 polarization ) of microgial cells, the resident macrophages in the central nerve system (CNS), promotes repair and functional recovery following CNS injuries. AMPK activation is the major mechanism underlying M2 polarization of microglia/macrophages. For the first time, our preliminary data showed that the hydrogen sulfide donor ADT-OH promoted M2 polarization of microglia via activating AMPK and that ADT-OH promoted in vitro angiogenesis in a M2 polarization-dependent manner. In this proposal, by using cellular as well as animal models, we propose to investigate if hydrogen sulfide promotes M2 polarization of microglia through a CaMKKβ/AMPK/PHD2 cascade and if hydrogen sulfide promotes post-stroke angiogenesis via polarizing microglia into the M2 status. Hydrogen sulfide is reported to promote post-injury angiogensis，which is being exclusively attributed to an endothelial mechanism. Thus, our proposed study will not only shed some light on the molecular cascades by which hydrogen sulfide induces M2 polarization of microglia/macrophages but also advance our understanding about the molecular mechanism underlying microglia/macrophage polarization. In addition, for the first time, we propose that promoting M2 polarization is a novel mechanism by which hydrogen sulfide promotes angiogenesis.

小胶质细胞M2极化促进中枢损伤后修复,AMPK激活是M2极化的关键机制。我们在前期研究中首次发现：H2S供体ADT-OH通过激活AMPK促进小胶质细胞M2极化并通过M2极化机制促进体外脑血管新生；且ADT-OH的AMPK激活作用显著强于临床上使用的AMPK激活剂二甲双胍。本课题将利用药理学及基因调控技术，深入探讨H2S通过CaMKKβ/AMPK/PHD2信号通路促进小胶质细胞M2极化的分子机制。在此基础上，本课题还拟在细胞及动物脑缺血模型上，从选择性极化小胶质细胞的新角度探讨H2S促进脑缺血后血管新生的作用机制。目前有关H2S调控血管新生的机制研究一直集中于H2S对内皮细胞的直接作用。故本课题不仅将揭示H2S新的中枢药理作用及分子机制，深化对M2极化信号传导机制的认识，并首次提出诱导小胶质细胞M2极化是H2S促进中枢损伤后血管新生的新机制，从而有望为脑缺血的治疗开拓新途径。

硫化氢（H2S）是重要的内源性气体信号分子，可以抑制中枢神经炎症，但机制尚不明确。本课题深入探讨了H2S通过CaMKKβ/AMPK信号通路促进小胶质细胞向M2另类活化状态转化从而发挥抑制神经炎症应答的作用，在此基础上，从选择性极化小胶质细胞的新角度探讨H2S促进脑缺血后血管新生的作用机制。研究发现，1）与对照组相比，无论BV-2有无LPS诱导活化，H2S供体（NaSH/GYY4137/ADT-OH）和H2S合成酶CBS过表达均增加其AMPK的活化； ADT-OH和CBS过表达均促进LPS活化的BV-2细胞向M2另类活化状态转化；AMPK抑制剂、AMPK siRNA、CaMKKβ抑制剂及siRNA均能抑制ADT-OH促进小胶质细胞从促炎症的M1状态向另类活化（M2）状态转化。在侧脑室注射LPS建立的小鼠中枢神经炎症模型中，ADT-OH和NaHS均促进注射脑区AMPK的活化，ADT-OH抑制该区域脑组织M1因子表达而上调M2因子表达。2）脑缺血明显抑制脑内H2S合成酶CBS表达和H2S生成。而在体外模拟脑缺血后小胶质细胞炎症应答的细胞模型中，原代和BV2小胶质细胞CBS表达和H2S生成也显著被抑制。CBS过表达则促进神经元缺氧缺糖条件上清刺激的BV2细胞AMPK活化，并通过激活AMPK促进其向M2状态转化。在此模型中，硫化氢供体也通过CaMKKβ依赖性的AMPK激活促进BV-2细胞向M2另类活化状态转化。3）ADT-OH延迟给药能够显著改善小鼠脑缺血后的长期神经功能恢复并促进血管新生。ADT-OH 促进小鼠缺血皮层AMPK的活化，下调M1因子表达并上调M2因子表达。缺血再灌注30天，ADT-OH 促进缺血小鼠皮层血管新生。体外实验证实，ADT-OH通过AMPK介导的小胶质细胞M2极化机制促进血管新生。通过本课题研究，我们首次发现：1）H2S供体ADT-OH通过激活AMPK促进小胶质细胞M2极化并通过M2极化机制促进体外脑血管新生，且ADT-OH的AMPK激活作用显著强于临床使用的AMPK激活剂二甲双胍；2）H2S通过CaMKKβ-AMPK信号通路促进小胶质细胞M2极化发挥抑制中枢神经炎症应答作用，并通过调控小胶质细胞M2极化促进神经功能修复。我们的研究表明H2S通过小胶质细胞M2极化调控脑缺血后机体炎症应答，从而促进脑缺血后血管重塑，具有理论创新及脑缺血临床治疗意义。

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