原著
脑损伤修复保护与再生
发现H2S调节缺氧缺血脑损伤的新机制
山东大学王贞和刘德祥团队
撰文：王贞、刘德祥、赵一静、李彤
新生儿缺氧缺血脑损伤是围产期因缺氧和缺血引起的一种常见脑损伤。围产期母婴血液循环和气体交换紊乱，可导致血氧浓度降低，进而诱发缺氧和缺血。缺氧缺血在大多数情况下会导致新生儿死亡，新生儿即使幸存，也会出现长期神经发育缺陷，导致行为障碍、社交功能障碍、注意力和认知能力下降[1-3]。硫化氢(H2S)是内源性神经调节剂之一，也是一种气体信号分子，是由胱硫氨酸γ-裂解酶、胱硫氨酸β-合成酶和3-巯基丙酮酸硫转移酶三种酶催化产生的[4-6]。H2S催化酶可在神经系统、心血管系统、呼吸系统等中表达。生理浓度下的H2S具有神经保护作用，但具体机制不详。作为一类只有19-22个核苷酸的非编码RNA，微小RNA (miRNA)在调节生物功能方面受到越来越多的关注。其中miR-9是成年脊椎动物大脑中表达最多的miRNA之一，在大脑发育过程中起着不可或缺的作用。探究H2S和miR-9-5p在新生儿脑损伤的作用以及如何调控神经炎症的发生发展以及胱硫氨酸β-合成酶的合成是非常必要的。
近期，来自中国山东大学王贞和刘德祥团队在《中国神经再生研究（英文版）》（Neural Regeneration Research）上发表了题为“The miR-9-5p/CXCL11 pathway is a key target of hydrogen sulfide-mediated inhibition of neuroinflammation in hypoxic ischemic brain injury”的研究。该研究发现H2S的前体L-半胱氨酸治疗可减轻缺氧缺血诱导的脑梗死和脑萎缩，并增加miR-9-5p和胱硫氨酸β-合成酶(大脑中主要的H2S合成酶)的表达，这是在缺氧缺血脑损伤新生小鼠皮质中被miR-9-5p抑制剂所阻断的。miR-9-5p过表达可促进胱硫氨酸β-合成酶水平升高，同时促进内源性H2S的合成，进而对缺氧缺血脑损伤有神经保护作用。miR-9-5p的靶基因之一是趋化因子(C-X-C基序)配体11 (CXCL11)。L-半胱氨酸可降低CXCL11的表达，以及缺氧缺血小鼠损伤皮质和脂多糖处理的BV-2细胞中的促炎细胞因子水平，而miR-9-5p抑制剂可逆转上述作用。进一步研究证实，miR-9-5p/CXCL11通路是H2S拮抗缺氧缺血脑损伤神经炎症的关键介质，可能被认为是治疗缺氧缺血脑损伤的重要潜在治疗靶点。
miR-9-5p在缺氧缺血脑损伤后1和3d的前额叶皮质表达下降。在L-半胱氨酸处理下，缺氧缺血脑损伤小鼠前额叶皮质中miR-9-5p表达增强。同样，基于BV-2细胞建立的缺氧缺血损伤神经炎症细胞模型中，脂多糖干预2和4h均能降低miR-9-5p的水平，且L-半胱氨酸同样可逆转这一作用(图1)。
图1在缺氧缺血小鼠和脂多糖刺激的BV-2细胞中miR-9-5p水平下降，且这一现象可通过L-半胱氨酸恢复（图源：Zhao et al., Neural Regen Res, 2024）
接下来，王贞等又观察到在miR-9-5p抑制剂可部分逆转L-半胱氨酸升高miR-9-5p表达以及对神经炎症的改善作用。紧接着又检测了miR-9-5p抑制剂对内源性H2S的重要合成酶胱硫氨酸β-合成酶表达的影响，结果显示，miR-9-5模拟物可升高缺氧缺血脑损伤小鼠内源性胱硫氨酸β-合成酶的表达，而miR-9-5p抑制剂可部分抑制L-半胱氨酸处理增加胱硫氨酸β-合成酶表达的作用(图2)。
图2 miR-9-5p模拟物可增加缺氧缺血损伤脑损伤后胱硫氨酸β-合成酶表达和H2S合成（图源：Zhao et al., Neural Regen Res, 2024）
双荧光素酶报告基因结果显示，CXCL11是miR-9-5p的靶基因之一。CXCL11对C-X-C基序趋化因子受体3具有高度亲和力，对活化的Th1淋巴细胞、中性粒细胞、单核细胞和自然杀伤细胞具有强大的趋化活性。因此，CXCL11作为可下游效应因子在先天免疫的炎症信号传导中起着至关重要的作用[7]。据报道，在患有神经炎性疾病的患者的脑脊液中，如细菌性脑膜炎和病毒性脑膜炎以及在皮下感染的小鼠大脑中，CXCL11表达上调[8]。王贞等发现L-半胱氨酸可改善新生小鼠脑损伤，减轻细胞凋亡和细胞炎症，同时上调胱硫氨酸β-合成酶的表达(图3)。
图3 H2S可通过调节miR-9-5p/CXCL11轴改善新生小鼠缺氧缺血脑损伤后神经炎症，恢复胱硫氨酸β-合成酶表达（图源：Zhao et al., Neural Regen Res, 2024）
总之，H2S可通过调节miR-9-5p/CXCL11轴对改善新生小鼠缺氧缺血脑损伤后神经炎症，恢复胱硫氨酸β-合成酶表达起作用。当然作为miR-9-5p的下游靶基金，CXCL11对缺氧缺血脑损伤的作用机制尚不明确。下一步会重点关注单独外源性给予CXCL11或敲低CXCL11对脑损伤神经炎症以及胱硫氨酸β-合成酶表达的影响。
作者介绍：
山东大学王贞和刘德祥团队。赵一静和李彤为论文共同第一作者，王贞和刘德祥副教授为论文通讯作者。
文章在《中国神经再生研究（英文版）》杂志2024年5期发表。
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https://www.sjzsyj.com.cn/CN/10.4103/1673-5374.382860
引用本文：
Zhao Y, Li T, Jiang Z, Gai C, Yu S, Xin D, Li T, Liu D, Wang Z (2024) The miR-9-5p/CXCL11 pathway is a key target of hydrogen sulfide-mediated inhibition of neuroinflammation in hypoxic ischemic brain injury. Neural Regen Res 19(5):1084-1091.
