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EGCG激活Keap1/p62/Nrf2通路抑制脑出血大鼠铁沉积和细胞凋亡

期刊:Scientific ReportsDOI:10.1038/s41598-024-82938-y

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作者与机构
本研究的主要作者包括Liang Hao、Aobo Zhang、Dongsheng Lv、Lulu Cong、Zhimin Sun和Liqiang Liu。他们分别来自河北医科大学第二医院神经外科、石家庄市第三医院神经外科以及河北医科大学第四医院神经外科。该研究于2024年发表在《Scientific Reports》期刊上。

学术背景
本研究聚焦于脑出血(Intracerebral Hemorrhage, ICH)这一高发病率、高致残率和高死亡率的脑血管疾病。脑出血后,铁沉积(Iron Deposition)和细胞凋亡(Apoptosis)是导致继发性脑损伤的重要因素。表没食子儿茶素没食子酸酯(Epigallocatechin Gallate, EGCG)是绿茶中的主要儿茶素类化合物,具有抗氧化、抗炎和神经保护作用。尽管EGCG在多种神经系统疾病中显示出潜在的治疗效果,但其在脑出血中的具体机制尚不明确。因此,本研究旨在探讨EGCG在脑出血大鼠模型中通过激活Keap1/p62/Nrf2信号通路抑制氧化应激、铁沉积和细胞凋亡的作用机制。

研究流程
本研究分为体内和体外实验两部分,具体流程如下:

  1. 体外实验

    • 神经元培养:从孕18天的大鼠胚胎中提取大脑皮层神经元,进行原代培养。神经元在37°C、5% CO₂条件下培养,培养基每三天更换一次。
    • 脑出血模型构建:使用Hemin(20 µM)模拟脑出血环境,同时使用Erastin(2.5 µM)和RSL3(1 µM)诱导铁死亡(Ferroptosis)。
    • 药物处理:神经元在暴露于Hemin前用不同浓度(5 µM-20 µM)的EGCG预处理,同时设置Ferrostatin-1(Fer-1,1 µM)作为铁死亡抑制剂对照组。
    • 细胞活力检测:使用CCK-8试剂盒检测细胞存活率。
    • 氧化应激检测:通过DCFH-DA荧光探针检测细胞内活性氧(Reactive Oxygen Species, ROS)水平。
    • 铁死亡相关指标检测:测量细胞内铁离子(Fe²⁺)、丙二醛(Malondialdehyde, MDA)和谷胱甘肽(Glutathione, GSH)水平,并通过Western Blot检测GPX4和XCT蛋白表达。
    • 细胞凋亡检测:使用流式细胞术检测细胞凋亡率。
  2. 体内实验

    • 动物模型构建:使用Sprague-Dawley(SD)大鼠构建脑出血模型,通过立体定位仪向大鼠右侧纹状体注射胶原酶IV(Collagenase IV)诱导脑出血。
    • 药物处理:脑出血后2小时,腹腔注射EGCG(10 mg/kg),连续给药5天。Fer-1组作为对照组,每天腹腔注射Fer-1(2.5 µmol/kg)。
    • 神经功能评估:通过Longa评分和Bederson评分评估神经功能缺损,并使用前肢放置试验(Forelimb Placing Test, FPT)和角落转向试验(Corner Turn Test, CTT)评估感觉运动功能。
    • 脑组织分析:通过HE染色、Masson染色和透射电镜观察脑组织病理变化,检测脑水肿、血肿体积和线粒体结构。
    • 铁死亡相关指标检测:测量脑组织中Fe²⁺、MDA和GSH水平,并通过Western Blot检测Keap1、p62、Nrf2、GPX4、XCT、Bax、Bcl-2和Casp3蛋白表达。
    • 神经元凋亡检测:通过TUNEL染色检测神经元凋亡。

主要结果
1. 体外实验结果
- EGCG显著提高了Hemin诱导的神经元存活率,并降低了细胞内ROS水平。
- EGCG抑制了Erastin和RSL3诱导的铁死亡,上调了GPX4和XCT蛋白表达。
- EGCG减少了Hemin诱导的神经元凋亡,并降低了细胞内Fe²⁺和MDA水平,同时提高了GSH水平。

  1. 体内实验结果
    • EGCG显著减少了脑出血大鼠的血肿体积和脑水肿,改善了神经功能缺损。
    • EGCG抑制了脑组织中的铁沉积和神经元凋亡,上调了Keap1、p62和Nrf2蛋白表达,并增加了GPX4和XCT的表达。
    • EGCG通过激活Keap1/p62/Nrf2信号通路,抑制了氧化应激、铁沉积和细胞凋亡。

结论
本研究表明,EGCG通过激活Keap1/p62/Nrf2信号通路,显著抑制了脑出血大鼠模型中的氧化应激、铁沉积和细胞凋亡,从而发挥神经保护作用。这一发现为脑出血的治疗提供了新的策略,尤其是针对铁死亡和细胞凋亡的调控机制。EGCG作为一种天然化合物,具有潜在的临床应用价值,特别是在神经系统疾病的治疗中。

研究亮点
1. 创新性机制:首次揭示了EGCG通过Keap1/p62/Nrf2信号通路抑制脑出血中铁死亡和细胞凋亡的机制。
2. 多维度验证:通过体内和体外实验,全面验证了EGCG的神经保护作用。
3. 潜在应用价值:EGCG作为一种天然化合物,具有良好的安全性和生物利用度,为脑出血的治疗提供了新的方向。

其他价值
本研究不仅为脑出血的治疗提供了理论依据,还为其他铁死亡相关疾病(如癌症、中风和神经退行性疾病)的研究提供了参考。此外,EGCG的抗氧化和抗炎作用可能在多种疾病中具有广泛的应用前景。


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