海马神经细胞铁死亡通过Nrf 2/GPX4信号通路导致脓毒症相关性脑病大鼠认知功能障碍

作     者：姚鹏 陈勇 李依玲 张宇姿 祁皓 徐文浩 Yao Peng;Chen Yong;Li Yiling;Zhang Yuzi;Qi Hao;Xu Wenhao

作者机构：武汉科技大学附属孝感医院(孝感市中心医院)重症医学科中心实验室432000 南昌大学第二附属医院麻醉科江西省麻醉学重点实验室330000 

出 版 物：《中华危重病急救医学》 (Chinese Critical Care Medicine)

年 卷 期：2019年第31卷第11期

页      面：1389-1394页

核心收录：

学科分类：1002[医学-临床医学] 1010[医学-医学技术（可授医学、理学学位）] 100215[医学-康复医学与理疗学] 10[医学] 

基　　金：江西省医药卫生中医药科研项目(2018B007) 

主　　题：脓毒症相关性脑病 脂多糖 脂质过氧化 认知功能障碍 

摘      要：目的评价海马神经细胞铁死亡对脓毒症相关性脑病(SAE)大鼠认知功能障碍的影响及其可能的分子机制。方法①SAE制模条件筛选实验:将42只健康雄性SD大鼠按随机数字表法分为生理盐水(NS)对照组(n=6)及脂多糖(LPS)5、15、30 mg/kg组(均n=12)。通过观察大鼠72 h内存活情况及平均动脉压(MAP)、心率(HR)变化,72 h时僵直时间百分比及血清炎性因子白细胞介素-6(IL-6)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)和神经元损伤标志物神经元特异性烯醇化酶(NSE)水平,血清铁和乳酸(Lac)含量,以及海马CA1区细胞形态学改变等指标,明确SAE模型制备条件。②铁离子螯合剂去铁胺(Def)干预实验:根据筛选实验结果,将28只健康雄性SD大鼠按随机数字表法分为NS对照组(n=8)、SAE组(n=10)及Def+SAE组(n=10)。Def+SAE组于制模前12 h开始腹腔注射Def 100 mg/kg,12 h注射1次,共7次;NS对照组和SAE组注射等量NS。采用条件性恐惧实验记录大鼠僵直时间百分比以评价认知功能;采用酶联免疫吸附试验(ELISA)测定血清IL-6、TNF-α及NSE水平;采用化学比色法测定血清Lac和铁含量及海马丙二醛(MDA)和铁含量;采用蛋白质免疫印迹试验(Western Blot)检测海马核因子E2相关因子2(Nrf 2)、谷胱甘肽过氧化酶4(GPX4)、还原型辅酶Ⅱ氧化酶1(NOX1)的蛋白表达;苏木素-伊红(HE)染色后,光镜下观察海马CA1区细胞形态学改变。结果①与NS对照组相比,腹腔注射15 mg/kg LPS可使大鼠MAP、HR明显降低,并呈时间依赖性,72 h时降低最为显著,72 h存活率明显下降,认知功能障碍,血清IL-6、TNF-α、Lac、NSE含量明显升高,血清铁含量显著下降,且光镜下显示海马CA1区锥体细胞形态不规则,部分细胞水肿明显呈空泡状;LPS 5 mg/kg组大鼠生命体征、炎症反应、器官功能及认知功能障碍均不明显;LPS 30 mg/kg组大鼠出现明显的脓毒性休克症状。故选择腹腔注射15 mg/kg LPS 72 h建立SAE模型。②与NS对照组相比,SAE组大鼠僵直时间百分比明显降低,血清IL-6、NSE含量及海马MDA、铁含量明显升高,血清铁含量及海马Nrf 2、GPX4蛋白表达显著降低,海马NOX1蛋白表达明显升高,且光镜下显示海马CA1区锥体细胞形态不规则,胞质深染,表明SAE大鼠海马区氧化应激水平升高,神经元退行性改变明显,认知功能受损。与SAE组相比,Def+SAE组大鼠僵直时间百分比明显增加〔(63.4±6.4)%比(47.6±6.0)%,P0.05〕,血清IL-6、NSE、铁含量及海马MDA和铁含量显著降低〔血清IL-6(ng/L):73.14±8.31比99.86±12.37,血清NSE(μg/L):3.67±0.51比5.92±0.79,血清铁(mg/L):68.43±8.12比134.60±15.63,海马MDA(mol/g):4.62±0.90比6.62±0.84,海马铁(μg/g):155.32±17.86比221.54±27.54,均P0.05〕,海马Nrf 2、GPX4蛋白表达均明显升高〔Nrf 2/β-actin:0.41±0.07比0.18±0.03,GPX4/β-actin:0.74±0.09比0.40±0.06,均P0.05〕,海马NOX1蛋白表达明显降低(NOX1/β-actin:0.62±0.08比1.11±0.16,P0.05),且光镜下显示锥体细胞形态较SAE组明显改善,说明Def+SAE组大鼠海马区氧化应激水平降低,神经元退行性变显著减缓,认知功能明显改善。结论SAE大鼠认知功能受损,海马神经细胞损伤明显、铁死亡增多;Def预处理可显著减少SAE大鼠海马区铁沉积,减轻神经细胞铁死亡,改善认知功能障碍,该作用可能与激活Nrf 2/GPX4信号通路有关。