文献解读外源性一氧化碳可预防失血性休克和

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失血性休克引起的长期缺氧，主要血管和体外循环的阻断可能导致手术期不完全的缺血性脑损伤。炎性细胞因子如白细胞介素-1β（IL-1β）、白细胞介素-18（IL-18）等，在不完全脑缺血/再灌注后神经元细胞死亡和功能损伤中具有重要意义。IL-1β的非活性前体被活化的caspase-1激活为成熟的炎性细胞因子，caspase-1介导一种程序性细胞死亡，称为细胞焦亡。细胞焦亡导致缺血/再灌注相关疾病的发展，例如中风和急性肾损伤。细胞焦亡作为不完全缺血/再灌注治疗的关键策略，目前正在开发缓解继发性神经元焦亡和改善存活神经元功能的方法。

一氧化碳（CO）是一种神经毒性分子，具有重要的细胞保护作用，包括血红素酶功能的正性和负性改变以及细胞外信号调节激酶1/2等多种细胞靶点的调节。外源CO影响细胞代谢并支持氧化磷酸化和线粒体呼吸，从而增强ATP的产生和细胞能量状态。一氧化碳释放分子3（CORM-3）已成为CO给药的极佳替代品，在脓毒症和代谢性疾病中，CORM-3通过抑制核苷酸结合寡聚结构域样受体3（NLRP3）炎症小体，包含CARD域的凋亡相关斑点样蛋白（ASC）和pro-caspase-1的激活在炎症和缺血/再灌注损伤模型中提供保护作用，IL-1β和IL-18的成熟和释放是由活化的NLRP3炎性小体控制的。

CORM-3在失血再灌注模型中是否能减少运动机能退化尚不清楚，天津医药大学付兰及其团队研究了CORM-3衍生的CO是否通过抑制细胞代谢和NLRP3炎症小体活化来抵抗失血性休克和复苏（HSR）后线粒体DNA诱导的神经元细胞焦亡。

基本信息

题目：

ExogenouscarbonmonoxideprotectsagainstmitochondrialDNA-inducedhippocampalpyroptosisinamodelofhemorrhagicshockandresuscitation

影响因子：2.

PMID：

作者：付兰等

作者单位：天津医药大学

索莱宝合作产品：

产品名称

产品货号

Anti-IL18PolyclonalAntibody

Anti-IL1BPolyclonalAntibody

摘要

CORM-3是一种外源性CO化合物，在生理条件下会缓慢释放CO。这对不完全缺血/再灌注损伤具有神经保护作用。本研究的目的是研究给予CORM-3能否预防失血性休克与复苏（HSR）后海马的NLRP3炎性小体的形成和神经元焦亡。为此，作者创建了一个HSR模型。成年雄性Sprague-Dawley大鼠在七氟醚麻醉下，用肝素注射器出血，使平均动脉压保持在30±5mmHg，持续60分钟，然后进行复苏，再灌注血液，必要时注射无菌生理盐水，以达到基线动脉压。复苏后，经股静脉注射CORM-3（4mg/kg）。HSR12h后检测海马神经元焦亡情况，线粒体形态，线粒体DNA（mtDNA），脑磁共振成像，NLRP3的表达水平以及pro-caspase-1和ASC的相互作用，HSR7天后评估运动能力。与HSR大鼠相比，CORM-3治疗导致海马神经元焦亡程度降低，线粒体形态改善，mtDNA水平降低，代谢产物水平稳定，NLRP3表达水平降低，pro-caspase-1与ASC相互作用降低，运动活性增强。综上所述，CORM-3治疗改善了HSR大鼠运动和探索活动的损伤。其机制可能与通过改善细胞代谢来抑制线粒体DNA诱导的细胞焦亡有关。

研究内容及结果

1.HSR诱导IL-1β和IL-18水平升高

大鼠失血性休克1h，灌流复苏，观察CORM-3对HSR的影响。HSR后共有14只大鼠死亡，死亡原因主要为急性呼吸窘迫综合征或肺栓塞。通过ELISA测定评估在不同时间点海马组织中的IL-1β和IL-18水平。结果表明，与假手术组相比，HSR在复苏后3h、6h、12h和24h显著增加了IL-1β和IL-18的水平（P0.05；图1A和B）。HSR后12h时观察到IL-1β和IL-18的水平最高（图1A和B）。

Figure1

2.CORM-3可防止HSR后海马神经元焦亡

活化的caspase-1结合NeuN和DAPI的免疫荧光用于确定CORM-3对HSR后12小时神经元焦亡的影响（图2A和3A）。在假手术组中，少量海马神经元在海马CA1区表现出细胞焦亡表型（图2A和B）。与假手术组相比，HSR处理的大鼠中这种类型的细胞数量明显增加（P0.05；图2A和B）。与空载体对照组和iCORM-3组相比，用CORM-3-处理的大鼠表现出caspase-1和NeuN双重染色的神经元焦亡数量减少（P0.05），而iCORM-3处理的大鼠则没有表现出细胞焦亡降低（图2A和B）。作者还通过Westernblotting检测cleaved-caspase-1（22kDa），GSDMD（31kDa），NLRP3，IL-1β和IL-18的表达水平来评估细胞焦亡情况。结果表明，与iCORM-3组和空载体处理组相比，HSR后用CORM-3处理的大鼠海马中表现出较低的活化的caspase-1，GSDMD和NLRP3表达水平（P0.05；图3A-d）。如图3E-F所示，IL-1β和IL-18的表达水平观察到相似的结果。

作者用NeuN-FITC/PI/DAPI染色检测神经元死亡。结果表明，CORM-3能显著减少HSR后NeuN-FITC/PI双阳性细胞的数量（P0.05；图4A和B）。使用乳酸脱氢酶释放试验观察到类似的效果，与空载体对照组和iCORM-3组相比，经CORM-3治疗的HSR大鼠的乳酸脱氢酶释放更低（图4C）。此外，研究结果还显示，与假手术组相比，HSR显著增加了SSI的比率（P0.05；图5A和B）。用核磁共振T2加权成像分析观察到类似的效果，如HSR处理的的大鼠经CORM-3治疗后SSI比率较iCORM-3组降低（P0.05；图5B），空载体对照组和iCORM-3组之间没有显著差异。

Figure2

Figure3

Figure4

Figure5

3.CORM-3改善了接受HSR处理的大鼠行为缺陷

为了探讨CORM-3对HSR后大鼠行为缺损的改善作用，作者用复苏后7天的大鼠通过野外试验来评估运动和探索活动。运动表现为总运动距离和平均速度，然而探索性行为则由直立/前倾的次数以及在角落花费的时间与梳毛活动共同所反映的焦虑水平来表示。与假手术组相比，HSR处理组大鼠的行走距离缩短，运动速度减慢，直立/前倾次数降低，在角落和梳理的时间减少（P0.05；图6）。尽管iCORM-3治疗对这些参数没有影响，但CORM-3组的所有指标都比iCORM-3组有所改善（P0.05；图6）。

Figure6

4.HSR处理的大鼠海马中代谢产物的MRS分析

用1HMRS检测HSR后3h、6h、12h和24h的代谢物比值，发现HSR后3h大鼠海马中NAA/Cr、/Cr和Lip/Cr比值有显著变化。与假手术组相比，HSR-iCORM-3组的/Cr和Lip/Cr比值增加，而NAA/Cr在24小时内下降（P0.05；图7）。HSR处理后12hNAA/Cr比值最大（P0.05；图7）。与HSRiCORM-3组相比，CORM-3给药在HSR后3-24小时部分逆转了NAA/Cr，/Cr和Lip/Cr比值的变化（P0.05；图7）。

Figure7

5.CORM-3改善了接受HSR处理的大鼠线粒体功能障碍

为了研究HSR处理后CORM-3引起的线粒体功能障碍的改善，畸形线粒体（图8A和B），肿胀线粒体（图8A和C）的患病率用于确定海马组织中的线粒体形态。与假手术组相比，在HSRiCORM-3组中观察到畸形线粒体和肿胀线粒体的患病率显著增加，ATP合成水平的显著下降（图8B-D）。CORM-3治疗组与iCORM-3组相比，线粒体形态和ATP合成明显改善。如图8E所示，用线粒体细胞色素B基因测量的细胞溶胶中的总mtDNA也观察到类似的结果。与HSR-iCORM-3组相比，CORM-3给药显著降低了HSR处理后大鼠的mtDNA水平（P0.05；图8E）。

Figure8

6.CORM-3减弱了HSR处理后pro-caspase-1/NLRP3/ASC的相互作用

为了确定CORM-3如何抑制pro-caspase-1/NLRP3/ASC炎症小体激活，作者用Co-IP检测了NLRP3-ASC和pro-caspase-1-ASC的相互作用。与假手术组相比，HSR-iCORM-3组的NLRP3和ASC相互作用升高，而CORM-3抑制了部分相互作用（图9A）。在pro-caspase-1和ASC相互作用中也观察到类似的结果（图9B）。

Figure9

结论

本研究确定了CORM-3对HSR诱导的神经元功能障碍的影响，并提供了证据表明来自CORM-3的外源CO改善了HSR后的大鼠运动和探索活动。CORM-3可减轻海马神经元焦亡，并阻止随后的NLRP3炎性小体的激活。此外，CORM-3改善了线粒体的形态和代谢物比率，并降低了细胞质中的mtDNA水平。

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