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环状RNA circ-Foxo3通过诱导自噬减轻缺血/再灌注期间血脑屏障损伤

期刊:Molecular TherapyDOI:10.1016/j.ymthe.2021.11.004

这篇文档属于类型a,即报告了一项原创性研究。以下是对该研究的学术报告:


主要作者及机构
本研究由Zhenguo Yang、Cheng Huang、Xueyi Wen、Wenlin Liu、Xiaoxiong Huang、Yufeng Li、Jiankun Zang、Zean Weng、Dan Lu、Chi Kwan Tsang、Keshen Li和Anding Xu共同完成。研究团队主要来自暨南大学第一附属医院神经内科及卒中中心、暨南大学临床神经科学研究所,以及广东医科大学附属医院。该研究于2021年11月3日发表在期刊《Molecular Therapy》上。

学术背景
本研究聚焦于血脑屏障(Blood-Brain Barrier, BBB)在缺血/再灌注(Ischemia/Reperfusion, I/R)损伤中的保护机制。血脑屏障是中枢神经系统(CNS)的重要组成部分,其损伤与多种神经系统疾病密切相关,如脑卒中、脑出血等。然而,针对I/R损伤中BBB保护的有效治疗方法仍不明确。近年来,环状RNA(circular RNA, circRNA)作为一种非编码RNA,被发现参与多种疾病的调控,但其在BBB保护中的作用尚不清楚。本研究旨在探索circ-FOXO3在I/R损伤中通过诱导自噬(autophagy)保护BBB的机制,为神经系统疾病的治疗提供新的靶点。

研究流程
研究分为多个步骤,详细流程如下:

  1. circ-FOXO3在I/R损伤中的表达及自噬激活

    • 研究对象:包括出血性转化(Hemorrhagic Transformation, HT)患者的脑组织样本和大脑中动脉闭塞/再灌注(Middle Cerebral Artery Occlusion/Reperfusion, MCAO/R)小鼠模型。
    • 实验方法:通过qRT-PCR检测circ-FOXO3的表达水平,透射电子显微镜(TEM)观察BBB的超微结构变化,免疫荧光染色检测自噬相关蛋白(如LC3B、LAMP1)的表达。
    • 结果:发现circ-FOXO3在HT患者和MCAO/R小鼠的脑微血管内皮细胞(BMECs)中显著上调,同时自噬活性增强。
  2. circ-FOXO3对BBB完整性的保护作用

    • 研究对象:体外培养的BMECs(Bend.3和HBMEC)以及MCAO/R小鼠模型。
    • 实验方法:通过siRNA和shRNA敲低circ-FOXO3,或通过lentivirus过表达circ-FOXO3,检测BBB通透性(Evans Blue渗漏实验)和内皮细胞功能(管形成实验)。
    • 结果:circ-FOXO3敲低增加了BBB通透性,而过表达circ-FOXO3则减轻了I/R损伤对BBB的破坏。
  3. circ-FOXO3通过自噬保护BBB的机制

    • 研究对象:BMECs和MCAO/R小鼠。
    • 实验方法:使用自噬抑制剂(氯喹,CQ)和激活剂(雷帕霉素,Rapa)处理细胞和小鼠,检测BBB相关蛋白(如ZO-1、CLDN5)的表达水平。
    • 结果:自噬激活减轻了circ-FOXO3敲低对BBB的破坏,而自噬抑制则削弱了circ-FOXO3的保护作用。
  4. circ-FOXO3与mTORC1和E2F1的相互作用

    • 研究对象:BMECs。
    • 实验方法:通过RNA pull-down和LC-MS/MS分析circ-FOXO3结合的蛋白质,免疫共沉淀(Co-IP)验证circ-FOXO3与mTOR和E2F1的相互作用。
    • 结果:circ-FOXO3通过与mTOR和E2F1结合,抑制mTORC1活性,从而促进自噬。

主要结果
1. circ-FOXO3在I/R损伤中上调并激活自噬:在HT患者和MCAO/R小鼠的BMECs中,circ-FOXO3表达显著增加,同时自噬活性增强。
2. circ-FOXO3保护BBB完整性:circ-FOXO3敲低增加了BBB通透性,而过表达circ-FOXO3则减轻了I/R损伤对BBB的破坏。
3. 自噬是circ-FOXO3保护BBB的关键机制:自噬激活减轻了circ-FOXO3敲低对BBB的破坏,而自噬抑制则削弱了circ-FOXO3的保护作用。
4. circ-FOXO3通过抑制mTORC1促进自噬:circ-FOXO3通过与mTOR和E2F1结合,抑制mTORC1活性,从而促进自噬。

结论
本研究发现circ-FOXO3在I/R损伤中通过抑制mTORC1活性促进自噬,从而保护BBB完整性。这一发现揭示了circ-FOXO3在神经系统疾病中的新功能,为BBB相关疾病的治疗提供了潜在的靶点。

研究意义
1. 科学价值:首次揭示了circ-FOXO3在BBB保护中的作用机制,丰富了circRNA在神经系统疾病中的功能研究。
2. 应用价值:circ-FOXO3可能成为治疗BBB相关疾病(如脑卒中)的新靶点,为开发新型治疗方法提供了理论依据。

研究亮点
1. 重要发现:circ-FOXO3通过抑制mTORC1促进自噬,保护BBB完整性。
2. 方法创新:结合RNA pull-down、LC-MS/MS和Co-IP等多种技术,揭示了circ-FOXO3与mTOR和E2F1的相互作用。
3. 研究对象特殊:同时使用人类患者样本和小鼠模型,增强了研究结果的可靠性和普适性。

其他有价值内容
本研究还发现,circ-FOXO3的保护作用在性别差异中无显著差异,提示其在男性和女性患者中均具有潜在的治疗价值。


以上是对该研究的全面报告,涵盖了研究的背景、流程、结果、结论及其科学和应用价值。

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