Hydrogen attenuates sepsis?associated encephalopathy by NRF2 mediated NLRP3 pathway inactivation

氫氣通過 NRF2 介導的 NLRP3 通路失活減輕膿毒癥相關腦病

來源：Inflammation Research (2020) 69:697–710

 

1. 論文摘要核心內容

 

研究證實氫氣（H?）通過激活Nrf2通路抑制NLRP3炎癥小體，減輕膿毒癥相關腦?。⊿AE）：

 

 

SAE模型（盲腸結扎穿孔術CLP）激活小膠質細胞中NLRP3炎癥小體，導致線粒體功能障礙、神經元凋亡和認知損傷（圖1-2）。

 

 

 

氫氣治療顯著上調Nrf2表達（圖5），抑制NLRP3/caspase-1通路（圖7），降低炎癥因子IL-1β/IL-18（圖7D-E），改善線粒體功能（圖9）和記憶能力（圖8E-F）。

 

 

 

 

機制特異性：氫氣保護作用依賴Nrf2通路，在Nrf2基因敲除（KO）小鼠中失效（圖7-9）。

 

結論：氫氣通過Nrf2介導的NLRP3通路抑制減輕SAE的神經炎癥與腦損傷。

 

2. 研究目的

 

探究氫氣治療SAE的分子機制，重點驗證：

 

氫氣是否通過Nrf2通路調控NLRP3炎癥小體，從而改善膿毒癥中的腦損傷？

 

旨在為SAE提供基于氣體分子的神經保護策略。

3. 研究思路

 

1.動物模型：

 

野生型（WT）與Nrf2 KO小鼠接受CLP術誘導SAE。

 

分組：對照組、SAE組、SAE+氫氣組、SAE+氫氣+NLRP3抑制劑（MCC950）組（圖1-9）。

2.關鍵干預：

 

氫氣干預：腹腔注射富氫鹽水（0.6 mmol/L H?，5 mL/kg），Unisense電極實時監測濃度（方法部分）。

 

NLRP3抑制：MCC950（50 mg/kg）預處理。

3.多維度評估：

 

NLRP3通路：NLRP3/caspase-1蛋白（Western blot，圖1A-B, 7A-C）及mRNA（RT-PCR，圖6D-E）。

 

Nrf2表達：Western blot（圖5A-B）及小膠質細胞共定位（免疫熒光，圖5C-D）。

 

炎癥與凋亡：IL-1β/IL-18（ELISA，圖3A-B, 7D-E）、神經元凋亡（TUNEL，圖3E-F, 8C-D）。

 

線粒體功能：膜電位（MMP）、呼吸控制比（RCR）、ATP/ROS水平（圖4, 9）。

 

認知行為：Y迷宮測試記憶能力（圖8E-F）。

 

4. 關鍵數據及研究意義

(1) NLRP3在SAE中的動態激活（圖1）

 

 

數據：

 

NLRP3蛋白在SAE后12小時達峰值（↑3.1倍），與小膠質細胞標記IBA1共定位（圖1D-E）。

 

意義：首次明確SAE中NLRP3炎癥小體激活的時間窗口（12小時為關鍵干預點）。

 

(2) NLRP3抑制劑MCC950的保護作用（圖2-4）

 

 

數據：

 

MCC950抑制NLRP3表達（↓60%），降低IL-1β/IL-18（↓50%），減少神經元凋亡（TUNEL+細胞↓45%）（圖2-3）。

 

改善線粒體功能：MMP↑1.8倍，ATP↑2.2倍，ROS↓40%（圖4）。

 

意義：證實NLRP3是SAE核心治療靶點，其抑制可多維度改善腦損傷。

 

(3) Nrf2對NLRP3的調控作用（圖6）

 

 

數據：

 

Nrf2 KO小鼠NLRP3表達高于WT小鼠（↑2.3倍），且SAE后進一步升高（圖6A-D）。

 

意義：揭示Nrf2負調控NLRP3，為氫氣作用機制提供理論基礎。

 

(4) 氫氣的神經保護機制（圖7-9）

 

 

數據：

 

氫氣上調Nrf2（↑2.5倍），抑制NLRP3/caspase-1（↓55%），降低IL-1β/IL-18（↓45%）（圖7）。

 

改善線粒體功能（MMP↑2.1倍，ROS↓50%）（圖9）和認知（Y迷宮探索時間↑40%）（圖8E-F）。

 

Nrf2 KO小鼠中氫氣失效（圖7-9）。

 

意義：確立氫氣通過Nrf2→NLRP3軸發揮腦保護作用，具有通路特異性。

 

5. 丹麥Unisense電極數據的核心意義

(1) 技術實現

 

 

精準定量：Unisense針型傳感器實時監測富氫鹽水H?濃度（方法部分），確保持續輸出0.6 mmol/L有效濃度。

 

質量控制：保障所有實驗使用標準化H?濃度，排除濃度偏差對結果的干擾。

 

(2) 科學價值

 

1.治療窗界定：

 

發現H?濃度在輸注后30分鐘內從初始峰值衰減至穩定態（未圖示，方法部分描述），明確最佳給藥間隔（1小時和6小時兩次注射）。

2.機制關聯驗證：

 

穩定H?濃度與Nrf2持續激活（圖5）、NLRP3抑制（圖7）時程一致，證明氫氣效應具有濃度依賴性。

3.轉化醫學橋梁：

 

提供臨床制劑制備標準（如0.6 mmol/L），為氫氣療法標準化奠定基礎。

 

(3) 獨特優勢

 

 

不可替代性：傳統方法無法實時監測溶解H?，Unisense是鏈接H?給藥-生物效應的關鍵技術（方法部分）。

 

跨疾病應用：該技術可推廣至其他H?治療研究（如缺血再灌注、神經退行性疾?。?。

 

6. 研究結論

 

1.分子機制：SAE激活小膠質細胞NLRP3炎癥小體→線粒體損傷→神經元凋亡→認知障礙；氫氣通過激活Nrf2→抑制NLRP3→減輕炎癥與凋亡。

2.通路特異性：氫氣保護作用嚴格依賴Nrf2通路，在KO小鼠中完全失效。

3.治療價值：氫氣為SAE提供無創神經保護方案，Unisense電極確保治療可重復性。

 

7. 核心圖示

 

[SAE] → [小膠質細胞NLRP3↑] → [IL-1β/IL-18↑] → [線粒體損傷/凋亡]

↓

[H?激活Nrf2] → [抑制NLRP3] → [改善腦損傷]

 

Unisense電極：保障H?濃度精準控制

 

研究啟示：

 

Unisense電極是氫氣醫學研究的黃金標準工具，其濃度監測能力為機制研究提供不可替代的精確性，未來需探索其在臨床制劑（如富氫透析液）質量控制中的應用。