研究揭示神经炎症、损伤和恢复中的性别特异性表观遗传调控机制

背景

脑缺血性中风是全球导致死亡和残疾的主要原因之一。由于对其连锁疾病机制知之甚少，目前用于减轻急性缺血性脑损伤的治疗方法非常有限。近期的研究表明，表观遗传机制，如组蛋白赖氨酸乙酰化/去乙酰化，参与了缺血诱导的神经损伤和死亡。然而，另一种常见的表观遗传机制——赖氨酸甲基化/去甲基化在脑缺血中的作用尚未得到全面调查。特别是性别对中风后结果的影响使得在研究中必须考虑性别因素。本研究旨在通过最近开发的颈内动脉闭塞（ICAO）小鼠模型来阐明这些分子机制。

来源

这篇论文由Mydhili Radhakrishnan、Vincy Vijay、B. Supraja Acharya、Papia Basuthakur、Shashikant Patel、Kalyani Soren、Arvind Kumar、Sumana Chakravarty等人撰写，作者来自印度化学技术研究所（IICT）和细胞与分子生物学中心（CCMB）。该论文于2023年12月获接受，并在2024年的Neuromolecular Medicine期刊上发表。

研究流程

实验设计

研究使用了7个月大的雄性和雌性CD1小鼠，分别为实验组和假手术组。实验组经颈内动脉闭塞（ICAO）诱导缺血，而假手术组未进行此操作。具体实验步骤包括：

1. 颈内动脉闭塞术： 小鼠被麻醉后，左侧颈内动脉被阻断90分钟，然后再灌注。

2. 血流灌注成像： 使用激光多普勒成像技术在闭塞前、闭塞后和再灌注后测定血流灌注率。

3. 行为测试： 包括神经功能缺损评分（NDS）、握力测量、旋转杆测试和开放场测试，用以评估各时间点的行为功能恢复。

4. 组织收集和固定： 在不同时间点人道处死小鼠，并采集脑组织进行分子生物学研究，如定量PCR（qPCR）、西方印迹（Western Blot）和染色质免疫沉淀（ChIPqPCR）。

5. 线粒体酶活性测定： 使用2,3,5-三苯基四唑氯化物（TTC）染色法评估缺血区域的线粒体酶活性。

6. 组织学染色： 进行苏木精-伊红（H&E）染色，观察细胞损伤。

数据分析

数据使用双因素方差分析进行统计显著性分析，P<0.05认为有统计学意义。

主要发现

1. 血流灌注：闭塞导致左侧颈总动脉（ROI 1）和颈内动脉（ROI 2）的血流灌注率显著下降，但再灌注后恢复。

2. 行为测试：雌性小鼠在各时间点的神经功能恢复比雄性小鼠更快，特别是在1天后神经功能缺陷评分显著减小。握力测量显示雌性小鼠在3天后恢复，雄性在5天后恢复。旋转杆测试结果显示雌性小鼠在7天后完全康复，而雄性未能完全恢复。

3. 线粒体酶活性：缺血诱导的损伤在两性小鼠的纹状体均显著，但仅在雌性小鼠的海马区域观察到显著线粒体功能障碍。

4. H&E染色：纹状体组织中观察到大面积空泡化，表明组织损伤显著。

5. 炎症因子表达：在1天后，雄性小鼠的HIF-1α、TNF-α、IL-1β和NLRP3显著上调，而雌性小鼠的这些因子在6小时后就显著上调，后续逐渐恢复至基线水平。

6. 表观遗传调控机制：1天后，雄性小鼠纹状体中的H3K9me2位点显著减少，而雌性小鼠在6小时后H3K9me2显著减少，并且KDM4B/JMJD2B上调。

结论

本研究通过ICAO模型首次揭示了H3K9me2在性别特异性的神经炎症反应中的重要作用。研究显示，雌性小鼠比雄性小鼠恢复更快，这可能归因于早期的炎症反应。表观遗传修饰的性别特异性在缺血性脑损伤和恢复过程中起到关键作用，特别是H3K9me2可能成为新治疗靶点，性别是一个重要变量。

研究亮点

1. 针对颈内动脉闭塞（ICAO）模型的深入研究，揭示了性别特异性的神经炎症和恢复机制。
2. 提出了H3K9me2作为中风诱导的神经损伤和恢复的潜在新治疗靶点。
3. 该研究为未来在中风治疗中纳入性别因素提供了理论基础。

影响与意义

本研究揭示了性别差异在缺血性中风中的重要性，对未来的疾病治疗研究提供了新的视角和治疗靶点，具有重要的科学和应用价值。通过深入了解不同性别在中风后的分子和细胞机制，可以进一步开发针对性别特异性的治疗方法，改善中风患者的预后。