不同的神经血管保护机制：组蛋白去乙酰化酶的抑制可保护神经元超微结构，而缺氧诱导因子的激活则能在缺血性中风后维持血管完整性

《Brain Research》：Divergent neurovascular protection: Histone deacetylase inhibition preserves neuronal ultrastructure while hypoxia-inducible factor activation maintains vascular integrity after ischemic stroke

　　

Nashwa Amin|Azhar Badry Hussein|Xia Yuan|Qinglin Lu|Guanghong Shen|Qiaolu Xu|Qining Yang|Marong Fang

浙江大学医学院儿童医院骨科，国家儿童和青少年健康与疾病临床研究中心，中国杭州310052

摘要

缺血性中风会引发神经血管单元（NVU）的严重破坏，这种病理变化在超微结构层面显而易见。缺氧诱导因子-1α（HIF-1α）的激活剂，如脯氨酰羟化酶抑制剂（例如二甲氧基乙醛基甘氨酸DMOG）和组蛋白去乙酰化酶抑制剂（例如Apicidin），是具有前景的治疗候选药物，但它们对亚细胞结构的具体影响仍不明确。本研究使用内皮素-1（ET-1）模型来诱导缺血性中风。实验动物在再灌注开始时分别接受DMOG（40 mg/kg）、Apicidin（1 mg/kg）或安慰剂治疗。7天后，进行行为分析，并对皮质组织进行细胞色素C免疫组化处理以及透射电子显微镜（TEM）观察，以评估超微结构的完整性。

模型动物中出现了严重的超微结构病变，包括神经元胞体固缩、轴突断裂、线粒体肿大、突触解体以及活性小胶质细胞和少突胶质细胞增多。尽管突触和胶质细胞功能有轻微改善，且细胞体、轴突和线粒体的损伤仍在持续，但DMOG治疗对神经元的保护作用有限。而Apicidin治疗则表现出较强的神经元保护效果：它不仅保持了神经元和突触的完整性，还减少了线粒体肿胀，增加了突触囊泡密度，并改善了少突胶质细胞和小胶质细胞的形态。虽然Apicidin在维持神经元和突触完整性方面更有效，但DMOG主要起到稳定血管结构的作用。这些结果表明，针对血管和神经元成分的联合治疗可能提供更好的神经保护。

引言

缺血性中风是由于脑动脉阻塞引起的，会导致一系列能量耗竭事件。由此产生的缺氧环境会破坏对大脑功能至关重要的细胞和亚细胞结构（Moskowitz等人，2010年；Sims和Muyderman，2010年）。这种超微结构损伤不仅限于某一类型的细胞，而是会扩散到大脑实质的复杂网络中。表现为神经元胞体突然增大、轴突永久性断裂以及线粒体功能障碍，从维持生命的功能转变为产生有害活性氧和凋亡信号的过程（Fan等人，2024年；Alsbrook等人，2023年）。神经元回路中的通信因突触解体而严重中断，表现为囊泡减少和突触后密度的断裂。损伤还会影响胶质细胞：少突胶质细胞容易受到兴奋性毒性影响，导致脱髓鞘并进一步损害轴突传导，而局部小胶质细胞迅速激活，呈现促炎和吞噬表型，加剧神经元损伤（Magid-Bernstein等人，2022年；Goodman等人，2023年）。这种整体结构 failure 直接导致了大脑功能障碍。神经血管单元（NVU）由神经元、星形胶质细胞、周细胞、内皮细胞和小胶质细胞组成，任何一个组成部分的破坏都会影响整个大脑的健康。针对NVU各个组成部分的治疗策略可能会产生不同的保护效果，这突显了进行比较性超微结构分析的必要性（图1）。

已经开发出针对某些适应性途径的治疗方法。二甲氧基乙醛基甘氨酸（DMOG）是一种模拟缺氧的药物，也是缺氧诱导因子（HIF）脯氨酰羟化酶的强效抑制剂，它可以稳定HIF-1α，从而增强与血管生成、红细胞生成和代谢适应相关的转录过程（Sousa Fialho等人，2019年；Chen等人，2018年）。预先使用DMOG可以改善血管完整性，并提高大脑对缺血损伤的抵抗力，主要是通过稳定神经血管界面（Jha和Morrison，2018年）。相比之下，组蛋白去乙酰化酶（HDAC）抑制剂（如Apicidin）则代表了另一种神经保护策略。通过改变染色质结构，它们影响与细胞存活、炎症和可塑性相关的基因表达（Iadecola和Anrather，2011年）。Apicidin被认为能够抑制促凋亡途径，减轻小胶质细胞引起的神经炎症，并直接增强突触的韧性和神经营养因子的表达，从而提供更以神经元为中心的保护方法（Luo等人，2023年；Hu等人，2017年；Chuang等人，2009年）。

尽管DMOG和Apicidin在实验性中风模型中都显示出改善功能结果的效果，但它们的作用机制不同，表明它们可能对不同的细胞成分提供保护。系统地比较它们的效应至关重要，但目前尚缺乏这方面的研究。具体来说，尚不清楚DMOG主要针对血管的作用是否足以间接保护神经元胞体、轴突和线粒体，或者Apicidin直接的神经中心调节作用是否也能间接支持胶质细胞和血管细胞。本研究利用高分辨率TEM精确地描绘了每种治疗对整个细胞景观（包括神经元、轴突、线粒体、突触、少突胶质细胞和小胶质细胞）的具体保护作用模式。这种详细的形态学分析将为它们的治疗效果提供明确的机制基础，为未来的联合治疗策略提供依据。

章节片段

实验动物

本研究使用了体重约28–30克、年龄3–6个月的雄性FVB/NJ小鼠。小鼠被分组饲养，每笼4–5只，处于受控的环境条件下（12:12小时光照周期，早上7点开灯，温度24±1°C，湿度50±10%），并可自由摄取标准饲料和水。实验前小鼠适应了7天。

ET-1（1–31）动物模型

使用了一种经过验证的小鼠立体定向装置（RWD）来模拟缺血性中风，该方法的死亡率较低

结果

1. HIF-1α激活和HDAC2抑制均能改善缺血性中风后的运动功能。

在缺血后7天，通过四种互补的行为测试评估功能恢复情况：开放场地测试（运动活动和探索能力）、圆柱测试（前肢对称性）、悬挂测试（抓握强度和耐力）以及神经功能评分（图1 A-G）。

如开放场地测试（图1A-C）所示，假手术组的小鼠表现出正常的运动活动。

讨论

这项高分辨率的超微结构研究提供了有力证据，表明治疗药物DMOG和Apicidin通过根本不同的、针对特定细胞类型的机制在缺血性中风后提供神经保护。我们的发现表明，尽管这两种治疗方法都能改善功能结果，但它们的主要作用部位不同，这为它们独特的疗效提供了明确的形态学基础。

结论与治疗意义

总之，我们的超微结构分析显示，两种治疗方法对轴突的保护作用具有区域依赖性，在缺血半影区的保护效果比在缺血核心区更为显著。这一模式与缺血半影区的概念一致，在该区域细胞仍有可能被挽救。值得注意的是，与DMOG相比，Apicidin在半影区的轴突保护效果更佳。这种差异可能反映了它们不同的作用机制。

临床意义

这里发现的不同的保护机制具有重要的转化医学意义。DMOG和其他HIF稳定剂（如vadadustat、daprodustat）已经在临床上用于治疗贫血，可能也可以重新用于中风的治疗。虽然Apicidin尚未获得临床批准，但它属于一类已证实对人体安全的HDAC抑制剂（如vorinostat、valproate）。这些不同的机制支持联合治疗的临床评估，有可能

CRediT作者贡献声明

Nashwa Amin：撰写初稿和进行正式分析。Azhar Badry Hussein：进行实验调查和正式分析。Xia Yuan：进行数据验证和软件操作。Qinglin Lu：制定实验方法。Guanghong Shen：管理数据。Qiaolu Xu：负责数据可视化和验证。Qining Yang：撰写文本并进行审稿和编辑。Marong Fang：撰写文本并进行审稿和监督。

伦理批准

所有动物实验均获得了浙江大学动物护理和使用委员会的批准（批准编号ZJU20240110），并且遵循了美国国立卫生研究院关于实验室动物护理和使用的指南。

资金支持

本研究得到了中国国家自然科学基金的支持，项目编号为82272163和82472164。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文研究工作的财务利益或个人关系。

致谢

我们感谢浙江大学医学院的核心设施提供的技术支持。同时，我们也感谢浙江大学医学院神经科学研究所的所有工作人员。