Acta Pharm Sin B---抗炎因子IL-4缺陷可引发神经超兴奋性并加剧缺血再灌注对脑部的损伤

2020-08-24 16:23:00
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      中风会导致长期残疾,是全球第二大死亡原因。其中缺血性中风约占所有脑中风案例的87%。在缺血性中风期间,能量耗竭会诱发皮质神经元的缺氧去极化和兴奋性毒性,其特征是进行性细胞死亡和永久性局部脑损伤。同时,小胶质细胞被活化释放促炎介质、参与神经发炎,进一步加剧神经元的丧失和脑损伤。


      尽管如此,研究发现神经元细胞有一种内在的防御机制。它可以通过分泌支持脑组织愈合和修复的分子,例如抗炎细胞因子白介素4 (IL-4),来快速响应缺血状态。IL-4与其受体 (IL-4Rα)结合,可减少促炎症因子的产生。IL-4还可刺激小胶质细胞的吞噬作用,使其能有效清除凋亡神经元。 增强的神经元IL-4信号传导还可能调节神经元膜电位,从而影响大脑中神经元的兴奋性。因此,我们假设IL-4的缺乏可能对卒中后缺血性损伤期间的神经元缺氧去极化或兴奋过度有直接影响。


      在本文中,我们设计实验 (如图1) 验证了内源性IL-4对局灶性脑缺血再灌注 (I/R) 损伤中的神经保护作用,并尝试探索其内在机制。 首先, 我们借助Maestro MEA平台,测试 IL-4对神经元电活动的影响 。检测结果(如图2)显示, IL-4处理野生型小鼠原代皮层神经元,可使其平均放电率、簇放电率、网络簇放电和同步性参数等都降低。说明IL-4会削弱神经元自发放电和神经网络活动,对其兴奋性有直接的抑制作用。 随后,我们构建了 Il-4基因敲除小鼠模型,并取其皮质锥体和星状神经元进行膜片钳分析。结果显示, Il-4基因缺陷可增强神经元的兴奋性和兴奋性突触传递。在接下来进行的动物实验中我们发现,与对照组相比,KO组小鼠对于短暂性大脑中动脉闭塞 (tMCAO) 诱导的I/R 更加敏感。LDH检测也发现氧糖剥夺 (OGD) 可引发KO组神经元更高的死亡率。最后,神经元活力分析和脑片实验均显示出,补充外源IL-4可保护皮质神经元免受OGD损伤。进一步检测发现外源IL-4还可促进Nav1.1通道上调、KCa3.1通道和GABAA受体α6亚基的下调 。这些结果共同阐明了IL-4缺失所引起的神经过度兴奋这种先前未知的机制。

         

图1 实验设计思路

                                                 1)Maestro MEA 平台检测IL-4对野生型小鼠神经元电活动的抑制作用

                                                 2)膜片钳技术测得 Il-4基因缺血小鼠神经元AP和mEPSC均有增加

                                                 3) Il-4基因缺陷可加剧I/R和OGD引起的损伤

                                                 4)补充IL-4后可减轻OGD对KO组神经元的伤害作用



   图2 在培养基中加入 (20 ng/mL) IL-4,连续培养小鼠原代皮层神经元16天后,处理组与对照组样本神经网络功能检测结果:

 A)/B)/C)依次为放电连续波形图、放电热图、光栅图

D)从左到右依次为 加权平均放电率、簇放电率、网络簇放电率、同步性参数柱形图。

  IL-4处理均可降低这些参数的检出值,显示出其对神经元可兴奋性的抑制作用。


 综上所述, IL-4缺乏会导致神经过度兴奋并加重I/R损伤。 加入外源 IL-4可减少神经元放电和神经网络活动,并同时增强 神经元生存能力。 因此, IL-4在缺血和再灌注损伤中起神经保护作用,未来可考虑将补充IL-4作为 中风后缺血性损伤的治疗手段之一。








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