Hydrogen Alleviates Neuronal Injury and Neuroinflammation Induced by Microglial Activation via the Nuclear Factor Erythroid 2-related Factor 2 Pathway in Sepsis-associated Encephalopathy

氫氣可減輕膿毒癥相關腦病中小膠質細胞通過核因子紅細胞 2 相關因子 2 通路激活引起的神經元損傷和神經炎癥

來源：H. Chen et al. / Neuroscience 466 (2021) 87–100

 

1. 摘要核心內容

 

本研究揭示了氫氣（H?） 通過激活核因子E2相關因子2（Nrf2）通路，抑制小膠質細胞M1型極化，減輕膿毒癥相關腦病（SAE）的神經炎癥和神經元損傷。關鍵發現：

 

神經保護機制：

 

H?通過Nrf2通路抑制TLR4/NF-κB信號，減少促炎因子（TNF-α、IL-1β、HMGB1、NO）釋放（圖3, 圖5）。

 

 

 

H?促進小膠質細胞從促炎M1型（CD86?）向抗炎M2型（CD206?）極化（圖2, 圖6）。

 

 

 

H?降低神經元凋亡（caspase-3↓、Bax/Bcl-2↓），改善認知功能障礙（圖4, 圖8, 圖9）。

 

 

 

 

Nrf2依賴性：所有保護效應在Nrf2基因敲除（Nrf2?/?）小鼠中消失（圖5-9）。

 

2. 研究目的

 

探究H?在SAE中調控神經炎癥的分子機制，明確Nrf2通路在H?介導的神經保護中的作用。

3. 研究思路

 

雙模型驗證→階段干預→表型與機制分析：

 

模型構建：

 

體內：盲腸結扎穿孔（CLP）誘導SAE小鼠模型，腹腔注射H?飽和生理鹽水（5 mL/kg）。

 

體外：LPS激活小膠質細胞，用H?富集培養基處理，收集條件培養基刺激神經元。

 

干預階段：

 

體內：SAE后1 h和6 h給予H?。

 

體外：小膠質細胞預處理H?后LPS刺激。

 

分析維度：

 

炎癥表型：小膠質細胞極化（M1/M2）、細胞因子釋放。

 

神經元損傷：凋亡標志物（caspase-3、Bax/Bcl-2）、神經元存活率。

 

認知功能：Morris水迷宮測試（逃避潛伏期、平臺穿越次數）。

 

分子機制：Nrf2核轉位、TLR4/NF-κB通路活化。

 

4. 關鍵數據及研究意義

（1）炎癥調控（圖2, 圖3, 圖5, 圖6）

 

數據：

 

H?使LPS激活的小膠質細胞中M1型（CD86?）↓30%，M2型（CD206?）↑40%（圖2B-D）。

 

SAE小鼠皮層TNF-α↓50%、IL-1β↓45%（圖5A-B），NF-κB磷酸化↓60%（圖3F）。

 

意義：證實H?通過Nrf2抑制神經炎癥風暴，為靶向小膠質細胞極化提供新策略。

 

（2）神經元保護（圖4, 圖8）

 

數據：

 

H?處理使神經元凋亡率（TUNEL?）↓55%（圖8E），LDH釋放↓40%（圖4A）。

 

神經元存活率↑35%（MTT assay，圖4E）。

 

意義：H?通過Nrf2阻斷小膠質細胞介導的神經毒性，維持神經元存活。

 

（3）認知功能改善（圖9）

 

數據：

 

H?使SAE小鼠逃避潛伏期↓40%（圖9A），平臺穿越次數↑2.5倍（圖9B）。

 

目標象限停留時間↑50%（圖9C）。

 

意義：H?依賴Nrf2逆轉SAE誘導的認知障礙，關聯神經炎癥與行為學損傷。

 

（4）Nrf2通路的核心作用（圖1, 圖7）

 

數據：

 

LPS激活小膠質細胞后Nrf2核轉位↑3倍（圖1B-C），H?進一步↑2倍（圖7B-C）。

 

Nrf2?/?小鼠中H?的保護效應完全消失（圖5-9）。

 

意義：Nrf2是H?抗炎與神經保護的必需樞紐，為SAE治療提供精準靶點。

 

5. 核心結論

 

Nrf2依賴性機制：H?通過激活Nrf2通路，抑制TLR4/NF-κB信號，減少促炎因子釋放。

 

小膠質細胞極化調控：H?促進M2型極化，減輕神經炎癥。

 

神經保護與認知改善：H?降低神經元凋亡，改善SAE認知功能障礙，且所有效應均依賴Nrf2。

 

治療啟示：H?可作為SAE的潛在治療劑，靶向Nrf2通路調控神經免疫穩態。

 

6. 丹麥Unisense電極的研究意義

 

技術原理與數據：

 

功能：用于檢測H?在培養基和生理鹽水中的溶解濃度（方法部分）。

 

關鍵參數：電極確認H?飽和濃度為0.6 mM（0.5 MPa壓力下溶解4小時）。

 

質控作用：確保實驗所用H?濃度一致性（每周新鮮配制）。

 

科學價值：

 

標準化干預：Unisense電極提供精確的H?濃度監控，消除因溶解差異導致的實驗偏差。

 

跨研究可比性：為H?治療研究建立可重復的濃度基準（0.6 mM），促進不同模型間結果對比。

 

機制可靠性：濃度可控性支撐了Nrf2通路機制的嚴謹性，排除濃度波動對結論的干擾。

 

領域貢獻：

 

解決氣體治療研究中濃度標準化難題，為氫氣醫學的轉化研究提供技術支撐。