NNT通过抑制脊髓损伤中的线粒体氧化应激来防止小胶质细胞的活化

《Neuroscience Letters》：NNT inhibits microglial activation via mitochondrial oxidative stress in spinal cord injury

脊髓损伤（SCI）导致小鼠脊髓中NNT表达下降和微胶质激活，过表达NNT可抑制氧化应激并减轻炎症反应，为SCI治疗提供新靶点。

　　

李明|顾秋月|范振宇|段成伟

南通大学附属医院脊柱外科，中国江苏省南通市226001

摘要

脊髓损伤（SCI）是一个重大的公共卫生挑战，常常导致严重的神经和身体残疾。小胶质细胞是脊髓中的主要免疫细胞，在SCI的生理和病理过程中起着关键作用。因此，深入理解小胶质细胞的激活机制对于开发新的治疗策略至关重要。在本研究中，我们观察到烟酰胺核苷酸转氢酶（NNT）这种存在于真核细胞线粒体中的蛋白质在小鼠受伤的脊髓中表达增加，这与炎症因子升高和小胶质细胞激活同时发生。体外实验中，脂多糖（LPS）诱导了BV2细胞中的小胶质细胞激活并增加了NNT的表达。NNT的过表达有效减轻了LPS引起的BV2小胶质细胞的炎症、增殖和氧化应激。此外，使用靶向线粒体的肽SS-31治疗可以降低线粒体中超氧阴离子的水平。SS-31还抑制了NNT缺乏在BV2细胞中引起的炎症、增殖和氧化应激反应。重要的是，在体内实验中，NNT在脊髓中的过表达减弱了小胶质细胞的激活并促进了SCI后的功能恢复。我们的发现表明，NNT通过调节线粒体氧化应激来抑制小胶质细胞的激活，为SCI的治疗提供了新的途径。

引言

脊髓损伤（SCI）是一个重大的公共卫生问题，经常导致严重的神经功能障碍和永久性的身体残疾[1]。2019年，中国新发SCI病例约为23万例，与1990年相比，发病率增加了40.81%，残疾率增加了11.44%[2]。这一趋势给患者、他们的家庭和医疗系统带来了巨大的社会经济负担[3,4]。创伤性事件是临床SCI病例的主要原因。SCI复杂的且尚未完全理解的病理生理学机制使得传统的治疗方法效果有限[5]。深入了解SCI背后的细胞和分子机制有望提供新的理论见解，并确定有效管理SCI的治疗靶点。

小胶质细胞是脊髓中的主要免疫细胞，在SCI的生理和病理过程中起着关键作用[6,7]。SCI发生后，激活的小胶质细胞在损伤部位增殖并分泌关键的炎症介质，包括白细胞介素（IL）-1β和IL-6，这些介质会加剧神经炎症并导致组织损伤[8,9]。现有研究表明，在动物模型中抑制SCI后的小胶质细胞激活可以显著减轻损伤和炎症的程度[10,11]。然而，导致SCI中小胶质细胞异常激活的分子机制仍不十分清楚。因此，研究小胶质细胞在SCI中的作用对于推进康复和治疗策略的发展至关重要。

先前的研究表明，由于活性氧（ROS）过多或抗氧化系统受损导致的氧化应激与抗氧化防御之间的失衡可以触发细胞的炎症反应[12,13]。虽然大多数抗氧化酶作为“下游清洁剂”在ROS生成后发挥作用，但烟酰胺核苷酸转氢酶（NNT）则作为一种上游调节因子，直接连接能量代谢和抗氧化防御这两个核心细胞过程。NNT存在于真核细胞的线粒体中，促进NADH向NADPH的转化，从而增强细胞的抗氧化能力并减轻ROS的积累[14]。有研究表明，缺乏功能性NNT的小鼠并没有出现ROS介导的DNA损伤，而是依靠补偿机制来减少小胶质细胞凋亡和脑损伤[15]。这一矛盾现象表明，尽管NNT与炎症有关，但其在小胶质细胞炎症反应中的确切功能仍不清楚。在本研究中，SCI降低了小鼠脊髓中的NNT表达并促进了小胶质细胞的激活。在BV2小胶质细胞中过表达NNT通过抑制线粒体氧化应激来抑制炎症反应。

实验部分

动物

C57BL/6雄性小鼠来自南通大学实验动物中心，饲养条件为12小时光照/12小时黑暗周期，温度为22°C。小鼠获得充足的食物和水源，所有实验均经过南通大学动物护理伦理和使用委员会的批准。

统计分析

统计分析使用GraphPad Prism 6.0版本进行。所有细胞实验至少重复三次，所得数据以特定格式表示。

SCI降低了NNT表达并促进了小胶质细胞激活

SCI组的小鼠Basso小鼠评分（BMS）和Louisville游泳评分（LSS）显著降低（图S1）。SCI显著降低了脊髓中的NNT表达，同时炎症蛋白iNOS的水平也升高（图S2A-B）。同样，SCI小鼠脊髓中的IL-1β和IL-6 mRNA水平也显著增加（图S2C-D）。与小胶质细胞激活相关的蛋白质CD68和CX3CR1也表现出显著上调（图S1E）。

讨论

SCI是一种破坏性的疾病，会破坏连接大脑与损伤部位以下脊髓节段的重要轴突连接[18]。在鱼类和两栖动物等低等脊椎动物中，脑膜细胞和胶质细胞共同形成再生桥梁，支持轴突修复。相比之下，哺乳动物对SCI的反应是形成胶质瘢痕，形成再生障碍[19]。这种瘢痕组织由多种成分组成

结论

SCI降低了小鼠脊髓组织中的NNT表达并促进了小胶质细胞的激活。NNT的丢失通过促进线粒体氧化应激诱导了小胶质细胞的激活。

意义声明

小胶质细胞炎症的机制可能为脊髓损伤的治疗药物的开发提供线索。

作者贡献

李明、顾秋月和段成伟进行了实验。李明、顾秋月和范振宇进行了统计量化分析。李明在段成伟的指导下撰写了初稿。每位作者都对手稿进行了审阅。

作者贡献声明

李明：撰写初稿、进行研究、进行正式分析。顾秋月：撰写初稿、进行研究、进行正式分析。范振宇：进行正式分析、审稿与编辑、项目管理、研究经费申请。

资助

本研究得到了国家自然科学基金（编号32101027）和江苏省自然科学基金（编号BK20210838）的支持。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的研究工作。