萝卜硫素(Sulforaphane, SFN)通过抗氧化、抗炎及Janus激酶/信号转导与转录激活因子(Janus kinase/signal transducer and activator of transcription, JAK/STAT)通路调节机制促进脊髓损伤后的运动功能恢复

《Current Research in Neurobiology》：Sulforaphane enhances locomotor recovery after spinal cord injury through antioxidant, anti-inflammatory, and JAK/STAT-modulating mechanisms

　　

摘要：脊髓损伤(spinal cord injury, SCI)主要通过继发性损伤机制（包括氧化应激和胶质细胞功能障碍）导致不可逆性神经功能缺损。萝卜硫素(sulforaphane, SFN)是一种天然异硫氰酸盐，在多种神经系统模型中显示出抗氧化和抗炎效应，但其对SCI后Janus激酶/信号转导与转录激活因子(Janus kinase/signal transducer and activator of transcription, JAK/STAT)信号通路及小胶质细胞极化的影响尚不清楚。将成年雄性Wistar大鼠随机分为假手术组(Sham)、SCI模型组及SCI+SFN治疗组（n=10/组）。采用T10中度撞击法建立SCI模型，于伤后10分钟、72小时及7天腹腔注射SFN（50 mg/kg）。通过Basso–Beattie–Bresnahan(BBB)评分评估运动功能恢复。于第14天取脊髓组织检测氧化应激指标——活性氧(reactive oxygen species, ROS)、丙二醛(malondialdehyde, MDA)、超氧化物歧化酶(superoxide dismutase, SOD)及还原型谷胱甘肽(reduced glutathione, GSH)，以及JAK2/STAT3信号通路活化与小胶质细胞极化情况。SCI显著升高ROS和MDA水平，降低SOD活性及GSH含量；JAK2和STAT3磷酸化及胶质纤维酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein, GFAP)、肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α, TNF-α)、白细胞介素-6(interleukin-6, IL-6)均明显上调。SFN处理可恢复抗氧化防御功能，抑制JAK2/STAT3活化，部分恢复细胞因子信号抑制因子3(suppressor of cytokine signaling 3, SOCS3)表达，并减轻促炎反应。此外，SFN使小胶质细胞由促炎(M1)表型向修复性(M2)表型偏移，并较未治疗SCI大鼠显著改善BBB运动评分。SFN通过减轻氧化应激、调节JAK/STAT信号通路、重塑小胶质细胞极化及改善运动功能恢复发挥SCI神经保护作用。上述发现提示SFN是SCI治疗开发中具前景的候选药物。

论文解读：萝卜硫素通过抗氧化、抗炎及JAK/STAT调节机制促进脊髓损伤后运动功能恢复

本研究发表于《Current Research in Neurobiology》。脊髓损伤（spinal cord injury, SCI）除原发机械性损毁外，继发性损伤级联反应——包括兴奋毒性、氧化应激、神经炎症、星形胶质细胞反应性增生及凋亡——是导致神经元与胶质细胞进一步丢失、轴突再生受阻及功能恢复不良的核心原因。其中氧化应激与炎症信号尤为关键。Janus激酶/信号转导与转录激活因子（Janus kinase/signal transducer and activator of transcription, JAK/STAT）通路是SCI后神经炎症与胶质反应的中枢介质，持续活化的STAT3可促进促炎细胞因子转录、强化反应性胶质增生并形成慢性炎症环路；同时小胶质细胞/巨噬细胞向促炎M1表型偏移、修复性M2表型受抑，构成不利于再生的微环境。萝卜硫素（sulforaphane, SFN）是十字花科蔬菜中提取的天然异硫氰酸盐，可激活Nrf2/ARE通路诱导抗氧化酶表达，并在脑外伤、卒中等模型中显示神经保护效应，但其能否调控SCI后JAK/STAT信号及小胶质细胞极化尚未明确。因此，研究人员通过建立大鼠SCI撞击模型，系统评估SFN对氧化应激指标、JAK2/STAT3信号及其下游介质、小胶质细胞M1/M2极化及BBB运动功能评分的影响，以阐明其神经保护机制。

主要关键技术方法：

研究人员采用30只成年雄性Wistar大鼠建立T10中度挫伤SCI模型（Infinite Horizon撞击器，200 kdyn），随机分为Sham（仅椎板切除）、SCI（损伤+溶媒）及SCI+SFN组（损伤+SFN 50 mg/kg腹腔注射，于伤后10 min、72 h及7 d给药，n=10/组）。于伤后1、7、14 d进行BBB开放场地运动功能评分；处死后取损伤中心±5 mm脊髓节段，分别进行氧化应激生化检测（ROS/DCFH-DA法、MDA/TBARS法、SOD比色法、GSH/Cayman试剂盒法）、Western blot检测JAK2/p-JAK2(Tyr^1007/1008)、STAT3/p-STAT3(Tyr⁷⁰⁵)、SOCS3、GFAP、TNF-α、IL-6蛋白表达，及免疫荧光染色标记CD11b（总活化小胶质细胞/巨噬细胞）、CD86（M1标记）、CD206（M2标记）并量化M1/M2比例。数据经Shapiro–Wilk检验后采用单因素或双因素重复测量ANOVA及Tukey事后检验分析。

3. Results

3.1. Sulforaphane attenuates oxidative stress and modulates JAK/STAT signaling and inflammatory mediators after SCI

生化检测显示SCI组ROS和MDA较Sham显著升高，SOD活性和GSH含量显著降低；SFN处理使MDA降至与Sham无差异水平，SOD和GSH恢复至接近Sham水平，ROS较SCI组下降但仍高于Sham。Western blot结果显示SCI组p-JAK2/JAK2及p-STAT3/STAT3比值、GFAP、IL-6、TNF-α较Sham显著升高，SOCS3较Sham降低；SFN显著抑制JAK2和STAT3磷酸化（恢复至与Sham无差异），部分恢复SOCS3表达，GFAP呈下降趋势但未达统计学显著，IL-6和TNF-α较SCI组显著降低（仍略高于Sham）。总JAK2与总STAT3在各组间无差异。结论：SFN减轻SCI后氧化损伤并抑制异常激活的JAK/STAT信号及下游促炎介质表达。

3.2. Sulforaphane modulates microglial/macrophage activation and polarization and improves locomotor recovery

免疫荧光显示SCI组CD11b⁺细胞密度显著增加，M1（CD11b⁺CD86⁺）比例升高、M2（CD11b⁺CD206⁺）比例降低；SFN处理使CD11b⁺密度较SCI组下降，M1比例显著降低，M2比例部分回升（均未完全恢复至Sham水平）。两组SCI模型打击力无差异，证实损伤严重程度一致。BBB评分：基线各组均为~21分；伤后第1天SCI与SCI+SFN均骤降至≤2分且无组间差异；第7天SCI+SFN组BBB评分（约9.5）显著高于SCI组（约3.7）；第14天SCI+SFN组（约14）较SCI组（约7）显著改善，但未达Sham水平。结论：SFN促使小胶质细胞/巨噬细胞由M1向M2偏移，并加速并增强SCI后运动功能恢复。

讨论与结论总结

讨论指出，SFN通过激活Nrf2/ARE通路增强内源性抗氧化防御，清除ROS并抑制脂质过氧化；在SCI特异性背景下，SFN降低因氧化应激驱动的JAK2/STAT3过度磷酸化，部分恢复负调控因子SOCS3，从而减弱GFAP上调趋势及IL-6、TNF-α等促炎因子产生，进而营造利于M2极化的微环境，最终转化为行为学功能改善。SFN对JAK/STAT的作用具情境依赖性——在病理性过度激活时抑制，在再生语境下可促进，体现其"正常化调节"而非单纯抑制的特征。本研究局限为仅取伤后14天亚急性期单时间点，未来需多时间点动态解析。作者结论为：SFN通过减轻氧化应激、抑制JAK/STAT信号活化、下调促炎反应及促进小胶质细胞向修复性M2表型极化，减轻SCI继发性损伤并改善运动功能恢复，是SCI及相关神经炎症疾病中具潜力的多靶点治疗药物候选分子，尚需长期疗效验证与转化方案优化。