FGL2在宫内炎症致新生小鼠脑白质损伤中的作用及机制研究

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目的:脑白质损伤(White matter injury,WMI)是新生儿尤其早产儿中最常见的脑损伤,可导致脑瘫、癫痫等神经系统不良结局,甚至直接威胁患儿生命。宫内炎症是WMI的主要诱发因素之一,可引起胎盘血流中断和细胞因子释放,不仅直接损伤未成熟大脑,还可加剧神经炎症引起继发性脑损伤。小胶质细胞是神经系统中的巨噬细胞,在大脑发育中参与免疫监视、少突胶质细胞分化发育等过程。宫内炎性暴露的情况下,胎儿循环中的细胞因子破坏血脑屏障进入脑组织,促使小胶质细胞活化,进一步促进促炎性细胞因子、趋化因子、促凝因子等的释放,继而诱导少突胶质细胞前体细胞的死亡并抑制少突胶质细胞成熟,最终引起WMI。纤维蛋白原样蛋白2(Fibrinogen-like protein 2,FGL2)/纤维介素是维蛋白原超家族中的一员,在病原微生物和细胞因子诱导下可在单核巨噬细胞系中表达,具有促凝和促炎作用。目前新生儿WMI具体发病机制尚不完全清楚,且无有效的治疗方法。本研究旨在探讨FGL2在宫内炎症致新生儿WMI中的作用和机制,为治疗WMI提供新的分子靶点。方法:我们通过孕中晚期孕鼠腹腔注射梯度浓度LPS(Lipopolysaccharide,LPS),选取最佳LPS干预时间和浓度,构建宫内炎性暴露致WMI小鼠模型。为探索FGL2在宫内炎症致WMI中的作用与机制,我们构建以BALB/c为背景的FGL2基因敲除(Knockout,KO)小鼠,并将WMI模型应用于FGL2 KO小鼠。取胎鼠胎盘及胎脑组织,以及新生1日和新生7日仔鼠脑组织。通过苏木素-伊红(Hematoxylin-eosin,HE)染色观察胎盘和胎脑形态和结构,固蓝(Luxol fast blue,LFB)染色和髓鞘碱性蛋白(Myelin basic protein,MBP)免疫组化染色定性和半定量判断新生小鼠髓鞘形成情况。为了探究神经炎症程度,通过实时荧光定量聚合酶链式反应(Real-time quantitative polymerase chain reaction,RT-q PCR)检测胎盘和脑组织的细胞因子表达水平以及小胶质细胞M1型和M2型标志物的表达。并运用小胶质细胞标志物离子钙接头蛋白分子1(Ionized calcium binding adapter molecule 1,Iba-1)和极化标志物免疫荧光双标染色,定位半定量小胶质细胞的极化情况。进一步通过Western blot检测分裂原激活的蛋白激酶(Mitogen activated protein kinase,MAPK)信号通路中的关键蛋白p38 MAPK、细胞外调节蛋白激酶(Extracellular regulated protein kinase,ERK)和c-Jun氨基末端激酶(C-Jun N-terminal kinase,JNK)的总蛋白和磷酸化蛋白表达情况,探究FGL2的作用通路。另外,体外培养BV2小胶质细胞系,LPS干预模拟神经炎症,并通过基于病毒融合机制的聚合物的转染试剂,将FGL2小分子干扰RNA(Small interfering RNA,si RNA)转染入BV2细胞,敲低FGL2的表达,以探究对小胶质细胞极化和细胞因子分泌的作用。结果:第一部分我们最终选取孕16.5天孕鼠腹腔注射LPS 300μg/kg构建宫内炎症致WMI模型。胎鼠体重明显减轻,胎盘炎症反应明显,脑组织HE染色见侧脑室增宽,脑白质结构紊乱;新生7日小鼠脑组织中成熟产髓鞘少突胶质细胞标志物MBP表达明显降低。该模型构建成功。第二部分我们宫内炎性暴露使胎鼠脑组织FGL2在m RNA和蛋白水平均表达增加,引起胎脑促炎性细胞因子表达增加,抗炎性细胞因子表达减少;小胶质细胞向M1型(促炎型)极化增多;MAPK信号通路活化明显。第三部分我们将宫内炎症致WMI模型运用到FGL2 KO小鼠上探究FGL2的作用机制,发现FGL2敲除可以明显改善由于LPS干预产生的新生小鼠的体重减轻。LPS干预的FGL2 KO小鼠较野生型(Wild type,WT)小鼠内囊处脑白质MBP蛋白表达明显增加,LFB染色更深。FGL2敲除使胎鼠和新生1日小鼠脑组织促炎性细胞因子的表达降低,并且促进了抗炎性细胞因子的表达。在胎鼠脑组织中小胶质细胞极化未见明显变化,新生1日小鼠脑组织可见LPS暴露促进小胶质细胞向M1型极化,FGL2敲除后明显抑制小胶质细胞的M1型极化并促进小胶质细胞向M2型(抗炎型)极化,且这一效应可以持续至生后7日。LPS干预的野生型胎鼠脑组织中MAPK信号通路中的JNK蛋白磷酸化增加,FGL2敲除明显抑制了JNK磷酸化蛋白的表达。而新生1日小鼠脑组织中,LPS暴露可以明显引起p38 MAPK蛋白磷酸化,同样FGL2敲除抑制了p38 MAPK蛋白的磷酸化激活。体外实验中,通过一种新的基于病毒融合机制的聚合物的转染试剂,将si RNA转染入难转染的BV2细胞,可达到60%以上的干扰效率。敲低FGL2通过抑制ERK蛋白的磷酸化,抑制了LPS暴露诱导的小胶质细胞M1型极化并促进其向M2型极化。同时抑制小胶质细胞促炎性细胞因子的表达,促进抗炎性细胞因子的表达。结论:宫内炎症可引起神经炎症,损伤少突胶质细胞成熟,导致新生儿脑白质损伤。FGL2敲除可通过抑制MAPK信号通路激活,调节小胶质细胞极化,减轻炎症反应,改善髓鞘形成不良,从而减轻WMI。FGL2可能可成为预防和治疗宫内炎症致WMI的潜在分子靶点。
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