​PIAS1在减轻脑缺血后炎症反应与神经细胞凋亡的调控机制

【CMT&CHTV 文献精粹】

导语：溶栓治疗和抗凝治疗是缺血性脑卒中主要治疗方法，但是其有效性受到治疗时间窗口影响，并且可能引发的再灌注损伤，其治疗效果并不理想。因此，寻找新的治疗靶点，深入理解脑卒中的病理机制，成为了该领域研究的迫切需求。

2024年1月，Elsevier旗下Heliyon杂志发表了一篇题为《Protein inhibitor ofactivated STAT1(PIAS1) alleviates cerebral infarction and inflammation aftercerebral ischemia in rats》（《激活信号转导和转录激活因子1（STAT1）的蛋白抑制剂（PIAS1）对大鼠脑缺血后脑梗塞和炎症的缓解作用》）的文章，为脑卒中的治疗提供了新的研究方向和潜在的治疗靶点。

研究方法

本研究旨在探讨PIAS1在大鼠脑缺血后梗死面积、炎症反应和神经细胞凋亡中的作用及其潜在的分子机制。为此，作者采用了Sprague-Dawley(SD)大鼠，并通过大脑中动脉闭塞（MCAO）模型来模拟脑缺血。大鼠被随机分为四组，每组六只，分别为对照组、MCAO组、MCAO+AAV空载体组和MCAO+AAV-PIAS1组。通过立体定向注射的方式，将携带PIAS1基因的腺相关病毒（AAV2）注入大鼠大脑皮层，以提高PIAS1的表达水平。15天后，大鼠接受MCAO手术，对照组则接受相同操作但不进行MCAO。随后，通过一系列神经行为学测试、生化和分子生物学方法对大鼠的神经功能、脑梗死面积、病理变化、炎症因子水平、凋亡率及NF-κB信号通路的变化进行了评估。

图1：实验过程的时间线

研究结果

结果显示，与对照组相比，MCAO诱导的大鼠PIAS1的表达显著下降。具体而言，PIAS1的过表达显著降低了Longa神经功能评分，从MCAO组的（2.5±0.5）分降至（1.0±0.3）分（P<0.001），表明神经功能得到了显著改善。在梗死面积方面，PIAS1的过表达使得梗死面积从MCAO组的（45.2±3.6）%降低至（27.5±2.8）%（P<0.001），减少了约39.5%的梗死面积。通过TTC染色，这一结果得到了进一步的证实，梗死区域的红色染色显著减少，表明脑组织损伤得到了明显改善。

在病理学评估方面，HE染色显示，与对照组相比，MCAO组大鼠的脑皮质细胞排列疏松、肿胀，核收缩，而PIAS1过表达组的细胞形态和排列得到了显著改善，细胞损伤明显减轻。此外，MCAO组大鼠海马CA1区的锥体神经元排列疏松，染色浅，神经元萎缩和丢失明显，而PIAS1过表达组的神经元结构得到了显著保护。

图2：PIAS1可减少MCAO诱导的大鼠脑梗死面积

在炎症因子水平方面，MCAO组大鼠血清和脑组织中的TNF-α、IL-1β和IL-6水平显著升高，而PIAS1的过表达显著降低了这些炎症因子的水平，血清中的TNF-α从MCAO组的（234.5±21.3）pg/ml降至（155.6±12.4）pg/ml（P<0.001），IL-1β从（56.3±4.8）pg/ml降至（34.5±3.2）pg/ml（P<0.001），IL-6从（89.2±7.6）pg/ml降至（52.4±4.5）pg/ml（P<0.001）。值得注意的是，PIAS1的过表达还显著提高了血清和脑组织中IL-10的水平，从MCAO组的（23.4±2.1）pg/ml增加至（45.6±3.4）pg/ml（P<0.001），这表明PIAS1可能通过调节免疫反应来减轻脑缺血后的炎症损伤。

在凋亡方面，TUNEL实验显示，PIAS1过表达显著降低了MCAO诱导的凋亡率，从MCAO组的（35.6±2.8）%降至（20.3±1.7）%（P<0.001）。西方印迹分析也表明，PIAS1的过表达降低了Bax和裂解的caspase3的蛋白水平，而提高了Bcl-2的蛋白水平。具体数值上，Bax的蛋白水平从MCAO组的（1.5±0.1）降至（0.7±0.1）（P<0.001），裂解的caspase3从（0.9±0.1）降至（0.4±0.1）（P<0.001），而Bcl-2从（0.5±0.1）增加至（0.8±0.1）（P<0.001），Bax/Bcl-2比值从（3.1±0.2）降至（2.5±0.1）（P<0.001），表明PIAS1通过调节凋亡相关蛋白的水平来抑制细胞凋亡。

在NF-κB信号通路方面，PIAS1的过表达显著降低了MCAO诱导的p-p65/p65比值，从MCAO组的（2.5±0.2）降至（1.3±0.1）（P<0.001），并提高了IκBα的蛋白水平，从（0.6±0.1）增加至（0.9±0.1）（P<0.001）。免疫荧光实验也显示，PIAS1的过表达减少了MCAO诱导的p-p65在细胞核中的积累，表明PIAS1通过抑制NF-κB信号通路的激活来减轻脑缺血后的炎症反应。

总结

本研究通过在大鼠脑缺血模型中过表达PIAS1，揭示了PIAS1在减轻脑缺血后炎症反应和神经细胞凋亡中的重要作用。研究结果表明，PIAS1通过调节NF-κB信号通路，显著改善了神经功能，减少了梗死面积，抑制了炎症因子的释放，并降低了凋亡率。这些发现不仅为脑卒中的治疗提供了新的分子靶点，也为深入理解脑缺血后的病理生理过程提供了重要的科学依据。相较于其他研究，本文的独特价值在于系统地评估了PIAS1在脑缺血后的作用，并揭示了其通过NF-κB信号通路调控炎症和凋亡的具体机制。未来的研究可以进一步探索PIAS1在不同脑卒中亚型中的作用，并评估其在临床治疗中的安全性和有效性。此外，考虑到脑卒中的复杂性，未来的研究还可以结合其他生物标志物和治疗手段，以实现对脑卒中更为全面和有效的治疗。

参考文献：

MingyangWang,PingzhiWang,et.al.ProteininhibitorofactivatedSTAT1(PIAS1)alleviatescerebralinfarctionandinflammationaftercerebralischemiainrats.Heliyon10(2024)e24743

编辑：多鱼

二审：清扬

三审：碧泉

排版：半夏