​华中农业大学董志强、肖志东/苏州大学程亮Biomaterials：H₂S气体治疗缺血性脑卒中

脑卒中是世界上死亡和残疾的主要原因之一，而缺血性脑卒中的占比约为70-80%，由于其供血动脉堵塞，导致脑组织缺血缺氧，从而使神经细胞凋亡、血脑屏障破坏和脑组织坏死等。目前临床上主要通过手术取栓或药物溶栓，然而血管再通血流恢复会导致缺血再灌注损伤，产生大量的活性氮/氧（RONS），引发炎症的发生和神经细胞的进一步损伤。因此，针对缺血再灌注损伤是治疗缺血性脑卒中的关键。

气体治疗是一种新型的治疗方式。硫化氢气体（H₂S）作为继一氧化氮（NO）和一氧化碳（CO）后的第三大气体信号分子，在生理和病理过程中都具有重要的调节作用，尤其是在中枢神经系统（CNS）。H₂S可以有效的清除RONS，促进小胶极化，降低炎症因子，减少神经细胞凋亡，并促进内皮细胞的增殖和迁移，从而促进血管再生。然而气体量的释放是至关重要的，释放的过多或者过快，反而会损伤神经系统。因此开发稳定和持续释放H₂S的反应器对实现持久、高效的治疗至关重要。另一方面，锌离子作为中枢神经系统中最常见的金属离子之一，在大脑功能中发挥着至关重要的作用，如抗氧化机制、神经发生和免疫调节等。

基于以上背景，华中农业大学董志强教授、肖志东教授和苏州大学程亮教授联合开发了一种硫化锌纳米颗粒（ZnS NPs），可以作为气体缓释反应器，能够持久稳定的释放H₂S，清除RONS，并且在细胞氧糖剥夺/复氧（OGD/R）模型中，能够良好的减轻氧化损伤，降低炎症因子的表达，促进小胶细胞的极化和内皮细胞的增殖迁移，构建新的神经血管单元，在小鼠大脑中动脉栓塞模型（MCAO/R）中，可以显著减少梗死面积，促进小鼠运动功能的恢复，大大降低了致残率。相关工作以“Zinc Sulfide Nanoparticles Serve as Gas Slow-release Bioreactors for H₂S Therapy of Ischemic Stroke.”为题发表在Biomaterials。

在这项研究中，作者在细胞水平通过氧糖剥夺/复氧（OGD/R）模型来模拟缺血再灌注损伤，以探究ZnS NPs的治疗效果。作者在小胶细胞上检测了氧化应激、极化、炎症和凋亡等指标。发现ZnS NPs可以降低细胞内的MDA含量和ROS水平，并恢复了GPx的活性。小胶极化的免疫荧光可以看出，在OGD/R后，小胶向神经损伤型M1方向极化，在经过ZnS NPs处理后，促进了小胶质细胞向神经保护型M2方向的极化，并降低了其促炎因子的表达。作者并对其机理进行了探究，发现ZnS NPs促进了p-AMPK和降低了p-NFkB的表达，从而调节了小胶极化和炎症因子表达。并且ZnS NPs调节了相关凋亡蛋白的表达，减少了小胶细胞的凋亡。

图1 ZnS NPs对小胶细胞的影响

神经血管的再生与重塑对脑卒中的恢复是至关重要的，作者通过划痕与Transwell等实验发现，ZnS NPs可以促进人的脑微血管内皮细胞（HBMECs）的增殖和迁移，并对其分子表达进行了探究，发现ZnS NPs可以促进p-AKT、Ang和VEGF的表达，从而促进了细胞增殖迁移。内皮细胞紧密连接作为脑血管的重要屏障，对维持血管的稳态是必不可少的。免疫荧光实验发现ZnS NPs恢复了其紧密连接蛋白的表达。在斑马鱼幼鱼模型中可以看出，ZnS NPs促进了斑马鱼肠下静脉丛的发生和血管长度与分支数量，这充分说明ZnS NPs可以构建新的神经血管单元，有助于后期的神经恢复。

图2 ZnS NPs通过促进HBMECs的增殖迁移构建新的血管单元

由于ZnS NPs的多功能性，在动物水平也表现出了良好的治疗效果，显著降低了MCAO/R小鼠的梗死面积，恢复了小鼠行动能力，降低了致残率和死亡率。

图3 ZnS NPs对MCAO/R小鼠的神经保护

结论与展望

作者在多种神经细胞和小鼠MCAO/R模型上验证了ZnS NPs的多功能性，能够作为一种气体缓释反应器，实现脑卒中缺血再灌注损伤的有效治疗。主要能够降低MDA、ROS和其它氧化副产物的水平，从而减轻氧化应激；通过调节AMPK-NFkB通路，促进小胶极化和降低炎症因子表达，从而减少细胞凋亡；增加p-AKT、Ang和VEGF的表达，从而促进内皮细胞的增殖和迁移，构建新的血管单元；动物模型上，减少小鼠的梗死面积，恢复神经功能。因此，这是一种新型的改善缺血再灌注损伤的有效治疗模式，为缺血性脑卒中的治疗提供了新的途径。

原文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961224004460