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第一部分 缺氧缺血诱导PTEN核转移的分子机制及抑制PTEN核转移在HIBD大鼠中的神经保护作用
目的:新生儿缺氧缺血性脑病(Hypoxic-ischemic encephalopathy, HIE)是导致新生儿或者围产儿死亡和神经元损伤的主要原因。然而目前针对 HIE尚没有令人满意的治疗方法。课题组前期研究发现在兴奋性/缺血性神经元损伤的体外和体内模型中人类第 10 号染色体同源缺失性磷酸酶张力蛋白(Phosphatase and tensin homologdeleted on chromosome ten,PTEN)核转移增加,而抑制PTEN核转移降低了兴奋性/缺血引起的神经元死亡。因此本研究旨在探究在发育期的大脑中缺氧缺血诱导PTEN核转移的潜在机制以及抑制PTEN核转移对缺氧缺血引起的神经元损伤的影响,并阐明抑制PTEN核转移对HIE的动物模型缺氧缺血性脑损伤(Hypoxic-ischemicbrain damage, HIBD)大鼠行为缺陷的保护作用。
方法:(1)孕18-20天的SD(Sprague Dawley, SD)胎鼠用于体外培养原代海马和皮层神经元,培养的第3天用慢病毒处理,培养的第7天用多肽Tat-K13和对照多肽Tat-K13R预处理1h,然后更换无糖EBSS培养基后立即通以混合气体(5%O2+95%N2)进行氧糖剥夺(Oxygen-glucose deprivation,OGD)处理,对照组不更换无糖EBSS培养基也不给予低氧处理。OGD后不同时间点(3h、6h、9h、12h、24h)提蛋白用Western blot检测总蛋白中PTEN蛋白、神经前体细胞表达的发育下调基因4-1(Neural precursor cell expresseddevelopmentally down regulated gene 4-1, NEDD4-1)蛋白、NEDD4-2蛋白表达水平以及核蛋白中PTEN蛋白水平,用免疫荧光法检测PTEN核转移情况。OGD后6h提蛋白用Western blot检测总蛋白和核蛋白中PTEN蛋白表达水平,用乳酸脱氢酶(Lactate dehydrogenase, LDH)释放试验、MTT试验以及 CCK-8 试验检测细胞死亡及活性,免疫共沉淀法检测 PTEN 与NEDD4-1或者NEDD4-2的相互作用。转染PTEN野生或突变型质粒的HEK293T cell和PTEN野生或突变型慢病毒感染的原代神经元OGD后 6h 提蛋白用泛素化 Western blot 检测 PTEN 单泛素化情况。用NEDD4-1或者NEDD4-2干扰或过表达慢病毒处理的原代神经元OGD后6h提蛋白,用Western blot检测总蛋白提取液中NEDD4-1或者NEDD4-2蛋白表达情况以及核蛋白提取液中PTEN蛋白水平。
(2)7日龄SD大鼠随机分成sham组和HIBD组。HIBD组大鼠采用Rice法结扎左侧颈总动脉并给予缺氧(8%O2+92%N2混合气体)处理建立HIBD模型。HIBD模型建立后随机分成HIBD + saline组、HIBD+K13组和HIBD+K13R组。HIBD+K13组和HIBD+K13R组大鼠于手术后0h、3h、24h和48h分别腹腔给予多肽Tat-K13和对照多肽Tat-K13R,于HIBD模型建立后6h提蛋白用Western blot检测总蛋白和核蛋白中PTEN蛋白水平。HIBD模型建立后第4周采用Morris水迷宫实验来检测实验鼠的空间学习和记忆能力。
结果:(1)Western blot实验结果显示总蛋白中 NEDD4-1 蛋白水平在 OGD 后 3-9h 明显降低(P<0.05),6-9h 降到低谷(P<0.01);NEDD4-2蛋白表达水平在OGD后6-9h明显增高(P<0.05),9h时达到高峰(P<0.01),12h时都回到对照组水平。核蛋白中PTEN蛋白水平OGD后3-12h明显增高(P<0.01),6-9h达到高峰,24h回到正常对照水平,而总蛋白中PTEN蛋白水平没有变化。(2)免疫荧光结果显示CTR组PTEN主要定位在胞浆,OGD后PTEN逐渐进入细胞核,且是呈时间依赖性的,OGD后24h基本定位在胞浆。(3)Western blot结果示不管是在HEK293T 细胞还是在原代神经元中OGD后PTEN发生单泛素化,给予PTEN的13位位点突变的质粒/病毒处理组较野生型PTEN 质粒/病毒处理组 OGD 诱导的 PTEN 单泛素化条带减小,核内PTEN明显减少(P<0.01);而给予PTEN的289位位点突变的质粒/病毒处理组较野生型PTEN质粒/病毒处理组OGD诱导的PTEN单泛素化条带没有变化,核内PTEN没有变化。(4)单纯给予LVshNEDD4-1组和LVNEDD4-1组核内PTEN与对照组相比没有显著变化,而OGD前用LVNEDD4-1处理上调 NEDD4-1 蛋白水平组核内 PTEN 明显减少(P<0.05),基本回到正常对照组水平,且没有检测到PTEN的单泛素化。(5)单纯的给予LVshNEDD4-2和LVNEDD4-2对PTEN入核没有影响,OGD前用LVshNEDD4-2和LVNEDD4-2处理对PTEN核转移也没有影响。(6)免疫共沉淀结果显示在原代神经元和HEK293T细胞中PTEN与NEDD-1都可以互相拉下来,但是在这两种细胞中PTEN与NEDD4-2都不能互相拉下来。(7)原代神经元中 OGD 前用多肽 Tat-K13 预处理组与CTR组相比核内PTEN没有明显变化,LDH释放增加,细胞活性降低,差异有统计学意义(P<0.05 和 P<0.05);但是与 OGD 组相比核内PTEN明显减少(P<0.01),LDH释放明显减少(P<0.001),细胞活性明显增加(P<0.01)。而用对照多肽Tat-K13R处理组较CTR组比核内PTEN显著增加(P<0.01),LDH释放显著增加(P<0.001),细胞活性显著降低(P<0.001)。(8)HIBD 后用多肽 Tat-K13 处理使核内PTEN呈剂量依赖性减少(P<0.05);对照多肽Tat-K13R处理后HIBD诱导的PTEN核转移没有减少。且Morris水迷宫结果显示在训练学习过程中HIBD + Tat-K13组大鼠较sham组大鼠找到隐蔽平台的时间增加,差异有统计学意义(P<0.05),但是较HIBD+saline组大鼠找到隐蔽平台的时间明显缩短(P<0.01);而HIBD+Tat-K13R组大鼠找到隐蔽平台的时间较sham组相比明显增加(P<0.01)。在记忆提取实验中,与HIBD+saline组比,HIBD+Tat-K13组大鼠不可见平台所在现象的时间明显增加(P<0.01),穿越不可见平台的次数明显增加(P<0.01);而对照多肽Tat-K13R对HIBD大鼠的不可见平台所在象限的时间以及穿越不可见平台的次数都没有影响。
结论:(1)OGD后核内PTEN增加与PTEN的单泛素化有关,且PTEN的13位位点在 OGD诱导的PTEN单泛素化入核中发挥重要的作用,而PTEN的289位位点对OGD诱导的PTEN单泛素化核转移没有影响。(2)OGD前过表达NEDD4-1能抑制OGD诱导的PTEN单泛素化故而抑制OGD诱导的PTEN入核,OGD前下调NEDD4-2对OGD诱导的PTEN入核没有影响,且单纯的调控NEDD4-1或NEDD4-2对PTEN核转移也没有影响。(3)PTEN与NEDD4-1有相互作用,但是与NEDD4-2没有相互作用。(4)Tat-K13能减少OGD诱导的PTEN核转移,进而抑制OGD引起的神经元受损,改善HIBD诱导的空间学习记忆受损。
第二部分 丹参酮Ⅰ通过抑制氧化应激介导的PTEN核转移改善HIBD大鼠运动和认知功能障碍
目的:新生儿缺氧缺血是造成新生儿神经元损伤和新生儿死亡的主要原因之一。越来越多的研究表明丹参提取物成分之一丹参酮 Ⅰ (Tanshinone I, TsI)对成年小鼠遭受缺血具有神经保护作用,其潜在的机制可能与 TsI 的抗氧化应激作用有关。也有研究表明氧化应激促进PTEN核转移而抑制肿瘤细胞的生长。然而,尚不清楚TSI对新生儿缺氧缺血性脑损伤是否具有神经保护作用,如果有,其潜在机制也不清楚。本研究旨在探索 TsI 对缺氧缺血诱导的神经元损伤和行为缺陷是否有保护作用,并探索其潜在的机制。
方法:(1)出生7天的SD大鼠随机分成sham组和HIBD组。模型建立后HIBD组随机分为HIBD+saline组、HIBD+TsI。Sham+TsI组和HIBD+TsI组大鼠连续7天每天同一时间腹腔注射5mg/kg TsI, sham 组和 HIBD + saline 组大鼠同一时间注射等体积的灭菌 saline。HIBD 模型建立后 48h 于冰上分离左侧海马和皮层后提蛋白用 ELISA试剂盒检测抗氧化应激因子(总抗氧化能力、还原型谷胱甘肽、过氧化氢酶和总超氧化物歧化酶)以及促氧化应激因子(过氧化氢和一氧化氮合酶)水平;模型建立后3周行抓力试验和转棒试验,检测大鼠的肌力及运动平衡能力;模型建立后4周用Morris水迷宫实验来检测大鼠空间记忆能力;水迷宫实验结束后用生理盐水灌流之后再用4%的多聚甲醛进行灌流固定后取脑组织运用免疫组化方法检测大鼠神经元数量。同时原代神经元培养至第7天用TsI预处理1h,OGD后6h提核蛋白用Western blot检测核内PTEN蛋白水平。
结果:(1)抓力试验结果显示HIBD+saline组大鼠右侧抓力明显比左侧抓力小(P<0.05),而HIBD +TsI组大鼠右侧抓力与左侧抓力相比没有显著的变化。(2)转棒试验结果显示相比于 sham 组大鼠, HIBD + saline 组大鼠在转棒上呆的时间明显缩短( P<0.05 ),然而HIBD+TsI组大鼠在转棒上呆的时间较HIBD+saline组大鼠明显增加(P<0.05)。(3)Morris水迷宫显示:在学习过程中HIBD+ saline组大鼠找到不可见平台的时间比sham组长(P<0.01),而HIBD前或者HIBD 后立即给予 TsI 处理组大鼠找到平台的时间都较 HIBD + saline组短(P<0.05)。在记忆提取实验中,与sham组相比,HIBD+saline组大鼠在平台所在象限的时间显著缩短(P<0.01),第一次穿越平台前的时间显著延长(P<0.01),穿越平台的次数显著减少(P<0.01),而虽然 HIBD 后立即给予 TsI 处理后大鼠隐蔽平台所在象限的时间较HIBD + saline组没有显著变化,但是HIBD前给予TsI处理后大鼠隐蔽平台所在象限时间比HIBD + saline组增加(P<0.05),且HIBD前或者 HIBD 后立即给予 TsI 处理组大鼠第一次穿越隐蔽平台前的时间都较HIBD+saline组明显缩短(P<0.05),穿越隐蔽平台的次数都较HIBD+saline组明显增加(P<0.05)。(4)免疫组化实验数据分析表明与sham组相比,HIBD + saline组大鼠海马CA1区椎体神经元数量明显减少(P<0.01),而 HIBD + TsI 组大鼠海马 CA1 区椎体神经元较HIBD + saline组明显增加(P<0.01)。(5)ELISA检测结果显示缺氧缺血后生理盐水处理组大鼠抗氧化应激因子(总抗氧化能力、还原型谷胱甘肽、过氧化氢酶和总超氧化物歧化酶)显著减少(P<0.05),促氧化应激因子(过氧化氢、总一氧化氮合酶以及诱导型一氧化氮合酶)明显增加(P<0.01);而缺氧缺血后TsI处理组大鼠抗氧化应激因子较生理盐水处理组明显增加(P<0.05),促氧化应激因子较生理盐水处理组明显减少(P<0.05)。(6)Western blot实验结果显示原代神经元中OGD后核内PTEN增加(P<0.01),而OGD+TsI组核内PTEN较OGD组明显减少(P<0.05)。
结论:TSI处理抑制HI诱导的神经元死亡和氧化应激,从而抑制OGD诱导的PTEN核转移,进而改善了HIE患儿动物模型HIBD大鼠的肌力和运动平衡能力以及空间学习和记忆功能损伤,表明 TSI 可能是一种潜在有效的HIE的治疗方法。
目的:新生儿缺氧缺血性脑病(Hypoxic-ischemic encephalopathy, HIE)是导致新生儿或者围产儿死亡和神经元损伤的主要原因。然而目前针对 HIE尚没有令人满意的治疗方法。课题组前期研究发现在兴奋性/缺血性神经元损伤的体外和体内模型中人类第 10 号染色体同源缺失性磷酸酶张力蛋白(Phosphatase and tensin homologdeleted on chromosome ten,PTEN)核转移增加,而抑制PTEN核转移降低了兴奋性/缺血引起的神经元死亡。因此本研究旨在探究在发育期的大脑中缺氧缺血诱导PTEN核转移的潜在机制以及抑制PTEN核转移对缺氧缺血引起的神经元损伤的影响,并阐明抑制PTEN核转移对HIE的动物模型缺氧缺血性脑损伤(Hypoxic-ischemicbrain damage, HIBD)大鼠行为缺陷的保护作用。
方法:(1)孕18-20天的SD(Sprague Dawley, SD)胎鼠用于体外培养原代海马和皮层神经元,培养的第3天用慢病毒处理,培养的第7天用多肽Tat-K13和对照多肽Tat-K13R预处理1h,然后更换无糖EBSS培养基后立即通以混合气体(5%O2+95%N2)进行氧糖剥夺(Oxygen-glucose deprivation,OGD)处理,对照组不更换无糖EBSS培养基也不给予低氧处理。OGD后不同时间点(3h、6h、9h、12h、24h)提蛋白用Western blot检测总蛋白中PTEN蛋白、神经前体细胞表达的发育下调基因4-1(Neural precursor cell expresseddevelopmentally down regulated gene 4-1, NEDD4-1)蛋白、NEDD4-2蛋白表达水平以及核蛋白中PTEN蛋白水平,用免疫荧光法检测PTEN核转移情况。OGD后6h提蛋白用Western blot检测总蛋白和核蛋白中PTEN蛋白表达水平,用乳酸脱氢酶(Lactate dehydrogenase, LDH)释放试验、MTT试验以及 CCK-8 试验检测细胞死亡及活性,免疫共沉淀法检测 PTEN 与NEDD4-1或者NEDD4-2的相互作用。转染PTEN野生或突变型质粒的HEK293T cell和PTEN野生或突变型慢病毒感染的原代神经元OGD后 6h 提蛋白用泛素化 Western blot 检测 PTEN 单泛素化情况。用NEDD4-1或者NEDD4-2干扰或过表达慢病毒处理的原代神经元OGD后6h提蛋白,用Western blot检测总蛋白提取液中NEDD4-1或者NEDD4-2蛋白表达情况以及核蛋白提取液中PTEN蛋白水平。
(2)7日龄SD大鼠随机分成sham组和HIBD组。HIBD组大鼠采用Rice法结扎左侧颈总动脉并给予缺氧(8%O2+92%N2混合气体)处理建立HIBD模型。HIBD模型建立后随机分成HIBD + saline组、HIBD+K13组和HIBD+K13R组。HIBD+K13组和HIBD+K13R组大鼠于手术后0h、3h、24h和48h分别腹腔给予多肽Tat-K13和对照多肽Tat-K13R,于HIBD模型建立后6h提蛋白用Western blot检测总蛋白和核蛋白中PTEN蛋白水平。HIBD模型建立后第4周采用Morris水迷宫实验来检测实验鼠的空间学习和记忆能力。
结果:(1)Western blot实验结果显示总蛋白中 NEDD4-1 蛋白水平在 OGD 后 3-9h 明显降低(P<0.05),6-9h 降到低谷(P<0.01);NEDD4-2蛋白表达水平在OGD后6-9h明显增高(P<0.05),9h时达到高峰(P<0.01),12h时都回到对照组水平。核蛋白中PTEN蛋白水平OGD后3-12h明显增高(P<0.01),6-9h达到高峰,24h回到正常对照水平,而总蛋白中PTEN蛋白水平没有变化。(2)免疫荧光结果显示CTR组PTEN主要定位在胞浆,OGD后PTEN逐渐进入细胞核,且是呈时间依赖性的,OGD后24h基本定位在胞浆。(3)Western blot结果示不管是在HEK293T 细胞还是在原代神经元中OGD后PTEN发生单泛素化,给予PTEN的13位位点突变的质粒/病毒处理组较野生型PTEN 质粒/病毒处理组 OGD 诱导的 PTEN 单泛素化条带减小,核内PTEN明显减少(P<0.01);而给予PTEN的289位位点突变的质粒/病毒处理组较野生型PTEN质粒/病毒处理组OGD诱导的PTEN单泛素化条带没有变化,核内PTEN没有变化。(4)单纯给予LVshNEDD4-1组和LVNEDD4-1组核内PTEN与对照组相比没有显著变化,而OGD前用LVNEDD4-1处理上调 NEDD4-1 蛋白水平组核内 PTEN 明显减少(P<0.05),基本回到正常对照组水平,且没有检测到PTEN的单泛素化。(5)单纯的给予LVshNEDD4-2和LVNEDD4-2对PTEN入核没有影响,OGD前用LVshNEDD4-2和LVNEDD4-2处理对PTEN核转移也没有影响。(6)免疫共沉淀结果显示在原代神经元和HEK293T细胞中PTEN与NEDD-1都可以互相拉下来,但是在这两种细胞中PTEN与NEDD4-2都不能互相拉下来。(7)原代神经元中 OGD 前用多肽 Tat-K13 预处理组与CTR组相比核内PTEN没有明显变化,LDH释放增加,细胞活性降低,差异有统计学意义(P<0.05 和 P<0.05);但是与 OGD 组相比核内PTEN明显减少(P<0.01),LDH释放明显减少(P<0.001),细胞活性明显增加(P<0.01)。而用对照多肽Tat-K13R处理组较CTR组比核内PTEN显著增加(P<0.01),LDH释放显著增加(P<0.001),细胞活性显著降低(P<0.001)。(8)HIBD 后用多肽 Tat-K13 处理使核内PTEN呈剂量依赖性减少(P<0.05);对照多肽Tat-K13R处理后HIBD诱导的PTEN核转移没有减少。且Morris水迷宫结果显示在训练学习过程中HIBD + Tat-K13组大鼠较sham组大鼠找到隐蔽平台的时间增加,差异有统计学意义(P<0.05),但是较HIBD+saline组大鼠找到隐蔽平台的时间明显缩短(P<0.01);而HIBD+Tat-K13R组大鼠找到隐蔽平台的时间较sham组相比明显增加(P<0.01)。在记忆提取实验中,与HIBD+saline组比,HIBD+Tat-K13组大鼠不可见平台所在现象的时间明显增加(P<0.01),穿越不可见平台的次数明显增加(P<0.01);而对照多肽Tat-K13R对HIBD大鼠的不可见平台所在象限的时间以及穿越不可见平台的次数都没有影响。
结论:(1)OGD后核内PTEN增加与PTEN的单泛素化有关,且PTEN的13位位点在 OGD诱导的PTEN单泛素化入核中发挥重要的作用,而PTEN的289位位点对OGD诱导的PTEN单泛素化核转移没有影响。(2)OGD前过表达NEDD4-1能抑制OGD诱导的PTEN单泛素化故而抑制OGD诱导的PTEN入核,OGD前下调NEDD4-2对OGD诱导的PTEN入核没有影响,且单纯的调控NEDD4-1或NEDD4-2对PTEN核转移也没有影响。(3)PTEN与NEDD4-1有相互作用,但是与NEDD4-2没有相互作用。(4)Tat-K13能减少OGD诱导的PTEN核转移,进而抑制OGD引起的神经元受损,改善HIBD诱导的空间学习记忆受损。
第二部分 丹参酮Ⅰ通过抑制氧化应激介导的PTEN核转移改善HIBD大鼠运动和认知功能障碍
目的:新生儿缺氧缺血是造成新生儿神经元损伤和新生儿死亡的主要原因之一。越来越多的研究表明丹参提取物成分之一丹参酮 Ⅰ (Tanshinone I, TsI)对成年小鼠遭受缺血具有神经保护作用,其潜在的机制可能与 TsI 的抗氧化应激作用有关。也有研究表明氧化应激促进PTEN核转移而抑制肿瘤细胞的生长。然而,尚不清楚TSI对新生儿缺氧缺血性脑损伤是否具有神经保护作用,如果有,其潜在机制也不清楚。本研究旨在探索 TsI 对缺氧缺血诱导的神经元损伤和行为缺陷是否有保护作用,并探索其潜在的机制。
方法:(1)出生7天的SD大鼠随机分成sham组和HIBD组。模型建立后HIBD组随机分为HIBD+saline组、HIBD+TsI。Sham+TsI组和HIBD+TsI组大鼠连续7天每天同一时间腹腔注射5mg/kg TsI, sham 组和 HIBD + saline 组大鼠同一时间注射等体积的灭菌 saline。HIBD 模型建立后 48h 于冰上分离左侧海马和皮层后提蛋白用 ELISA试剂盒检测抗氧化应激因子(总抗氧化能力、还原型谷胱甘肽、过氧化氢酶和总超氧化物歧化酶)以及促氧化应激因子(过氧化氢和一氧化氮合酶)水平;模型建立后3周行抓力试验和转棒试验,检测大鼠的肌力及运动平衡能力;模型建立后4周用Morris水迷宫实验来检测大鼠空间记忆能力;水迷宫实验结束后用生理盐水灌流之后再用4%的多聚甲醛进行灌流固定后取脑组织运用免疫组化方法检测大鼠神经元数量。同时原代神经元培养至第7天用TsI预处理1h,OGD后6h提核蛋白用Western blot检测核内PTEN蛋白水平。
结果:(1)抓力试验结果显示HIBD+saline组大鼠右侧抓力明显比左侧抓力小(P<0.05),而HIBD +TsI组大鼠右侧抓力与左侧抓力相比没有显著的变化。(2)转棒试验结果显示相比于 sham 组大鼠, HIBD + saline 组大鼠在转棒上呆的时间明显缩短( P<0.05 ),然而HIBD+TsI组大鼠在转棒上呆的时间较HIBD+saline组大鼠明显增加(P<0.05)。(3)Morris水迷宫显示:在学习过程中HIBD+ saline组大鼠找到不可见平台的时间比sham组长(P<0.01),而HIBD前或者HIBD 后立即给予 TsI 处理组大鼠找到平台的时间都较 HIBD + saline组短(P<0.05)。在记忆提取实验中,与sham组相比,HIBD+saline组大鼠在平台所在象限的时间显著缩短(P<0.01),第一次穿越平台前的时间显著延长(P<0.01),穿越平台的次数显著减少(P<0.01),而虽然 HIBD 后立即给予 TsI 处理后大鼠隐蔽平台所在象限的时间较HIBD + saline组没有显著变化,但是HIBD前给予TsI处理后大鼠隐蔽平台所在象限时间比HIBD + saline组增加(P<0.05),且HIBD前或者 HIBD 后立即给予 TsI 处理组大鼠第一次穿越隐蔽平台前的时间都较HIBD+saline组明显缩短(P<0.05),穿越隐蔽平台的次数都较HIBD+saline组明显增加(P<0.05)。(4)免疫组化实验数据分析表明与sham组相比,HIBD + saline组大鼠海马CA1区椎体神经元数量明显减少(P<0.01),而 HIBD + TsI 组大鼠海马 CA1 区椎体神经元较HIBD + saline组明显增加(P<0.01)。(5)ELISA检测结果显示缺氧缺血后生理盐水处理组大鼠抗氧化应激因子(总抗氧化能力、还原型谷胱甘肽、过氧化氢酶和总超氧化物歧化酶)显著减少(P<0.05),促氧化应激因子(过氧化氢、总一氧化氮合酶以及诱导型一氧化氮合酶)明显增加(P<0.01);而缺氧缺血后TsI处理组大鼠抗氧化应激因子较生理盐水处理组明显增加(P<0.05),促氧化应激因子较生理盐水处理组明显减少(P<0.05)。(6)Western blot实验结果显示原代神经元中OGD后核内PTEN增加(P<0.01),而OGD+TsI组核内PTEN较OGD组明显减少(P<0.05)。
结论:TSI处理抑制HI诱导的神经元死亡和氧化应激,从而抑制OGD诱导的PTEN核转移,进而改善了HIE患儿动物模型HIBD大鼠的肌力和运动平衡能力以及空间学习和记忆功能损伤,表明 TSI 可能是一种潜在有效的HIE的治疗方法。