2020 · Zhuang — Molekularer Wasserstoff mildert sepsisinduzierte Neuroinflammation durch Regulation der Mikroglia-Polarisierung über einen mTOR-Autophagie-abhängigen Signalweg.
Kurzfassung
Sowohl in einem Maus-Sepsismodell (Zökalligatur und -punktion) als auch in LPS-stimulierten BV-2-Mikrogliazellen reduzierte inhalierter Wasserstoff die Neuroinflammation, verschob Mikroglia vom pro-inflammatorischen (M1) in einen anti-inflammatorischen (M2) Zustand und verbesserte die kognitive Funktion. Der Schutzmechanismus umfasste die Hemmung des mTOR-Signalwegs und die Aktivierung der Autophagie. Es handelt sich um Tier- und Zellkulturdaten; die klinische Übertragbarkeit auf den Menschen muss noch etabliert werden.
Kommentar
Die Sepsisassoziierte Enzephalopathie (SAE) ist eine schwere Komplikation der Sepsis, die kognitive Beeinträchtigungen mit hoher Sterblichkeit verursacht. Diese Studie geht eine spezifische Frage an: Schützt H₂-Inhalation das Gehirn während einer Sepsis, und wenn ja, wie? Das zweiarmige Design — ein In-vivo-Mausmodell (CLP) plus ein In-vitro-BV-2-Zellmodell — stärkt die mechanistische Schlüssigkeit. Die Autoren zeigen, dass Wasserstoff Mikroglia vom entzündlichen M1- zum auflösenden M2-Phänotyp verschiebt, TNF-α, IL-6 und HMGB1 reduziert, IL-10 und TGF-β erhöht — und dies durch Hemmung von mTOR und Aktivierung der Autophagie (LC3II/LC3I, Beclin-1, TREM-2). Das Bestätigungsexperiment — ein mTOR-Aktivator (MHY1485) hob den H₂-Schutz auf — ist eine saubere mechanistische Kontrolle. Einschränkungen: CLP ist ein schweres, nicht reversiibles Sepsismodell; Ergebnisse aus Mäusen und Zelllinien übertragen sich nicht direkt auf die humane SAE-Therapie.
Wichtige Zitate
- „H₂-Inhalation milderte sepsisinduzierte kognitive Beeinträchtigungen mit verbesserter Fluchtlatenz, mehr Zeit im Zielquadranten und häufigerer Überquerung der Zielplattform.“ Original (EN): „Hydrogen inhalation attenuated sepsis-induced cognitive impairment with improved escape latency, time spent in the target platform quadrant and number of times crossing the target platform.“ — kognitive Funktion verbesserte sich bei septischen Mäusen unter H₂-Inhalation
- „Wasserstoff reduzierte TNF-α-, IL-6- und HMGB1-Spiegel sowie die M1-Polarisierung, erhöhte jedoch IL-10- und TGF-β-Spiegel sowie die M2-Polarisierung.“ Original (EN): „hydrogen reduced TNF-α, IL-6 and HMGB1 levels and M1 polarization, but increased IL-10 and TGF-β levels and M2 polarization.“ — H₂ verschob das Entzündungsgleichgewicht von pro- zu anti-inflammatorisch
- „Die Ergebnisse zeigten, dass Wasserstoff sepsisinduzierte Neuroinflammation durch Modulation der Mikroglia-Polarisierung milderte, die durch den mTOR-Autophagie-Signalweg vermittelt wurde.“ Original (EN): „these results demonstrated that hydrogen attenuated sepsis-induced neuroinflammation by modulating microglia polarization, which was mediated by the mTOR-autophagy signaling pathway.“ — der identifizierte Mechanismus: mTOR-Autophagie steuert die Mikroglia-Polarisierung
Unsere Einordnung
Dies ist eine Tier- und Zellkulturstudie — kein Humanversuch. Die Kombination eines In-vivo-CLP-Mausmodells mit einem In-vitro-BV-2-Zellmodell liefert konvergente mechanistische Evidenz für H₂ bei Neuroinflammation durch Sepsis. Der mTOR-Autophagie-Signalweg ist ein glaubwürdiges und gut etabliertes Ziel. Limitationen: Maus-CLP ist ein extremes Sepsismodell; BV-2-Zellen sind ein vereinfachter Mikroglia-Ersatz. Die Übertragung auf humane SAE ist unsicher und erfordert klinische Untersuchungen. Klinische Schlussfolgerungen sind aus diesen Daten allein nicht gerechtfertigt.
Studiendesign
- Typ: Tierstudie (In-vivo) + Zellstudie (In-vitro) · Modell: Mäuse mit Zökalligatur und -punktion (CLP); BV-2-Mikrogliazellen + LPS 1 µg/ml · H₂-Gabe: Inhalation (Mäuse); wasserstoffreiches Medium (Zellen)
- Ergebnis (In-vivo): verbessertes Morris-Water-Maze-Ergebnis, reduzierte M1-Mikroglia, niedrigere TNF-α/IL-6/HMGB1, höhere IL-10/TGF-β · Ergebnis (In-vitro): dieselben Zytokin-Verschiebungen, supprimiertes p-mTOR/p62, erhöhtes LC3II/LC3I und Beclin-1; mTOR-Aktivator MHY1485 hob H₂-Schutz auf
Abstract (deutsche Übersetzung)
Die sepsisassoziierte Enzephalopathie (SAE) ist die kognitive Beeinträchtigung infolge einer Sepsis und geht mit erhöhter Morbidität und Mortalität einher. Wasserstoff hat sich als vielversprechendes therapeutisches Agens zur Linderung der SAE erwiesen. Der Mechanismus ist jedoch nach wie vor unklar. Diese Forschung zielte darauf ab zu bestimmen, ob Wasserstoff die SAE durch Regulierung der Mikroglia-Polarisierung mildert und ob dies durch den mTOR-Autophagie-Signalweg vermittelt wird. Septische Modelle wurden durch Zökalligatur und -punktion (CLP) an Mäusen etabliert. Das Morris-Water-Maze wurde zur Beurteilung der kognitiven Funktion verwendet. M1/M2-Mikroglia-Polarisierung wurde durch Immunfluoreszenz bewertet. Entzündliche Zytokine wurden mittels ELISA bestimmt. Septische Zellmodelle wurden mit BV-2-Zellen etabliert, die mit 1 µg/ml Lipopolysaccharid (LPS) inkubiert wurden. M1/M2-Mikroglia-Polarisierung wurde durch Durchflusszytometrie bewertet. Entzündliche Zytokine aus dem Kulturmedium-Überstand wurden mittels ELISA bestimmt, und assoziierte Proteinexpressionsniveaus des mTOR-Autophagie-Signalwegs wurden durch Western-Blot bewertet. H₂-Inhalation milderte sepsisinduzierte kognitive Beeinträchtigungen mit verbesserter Fluchtlatenz, mehr Zeit im Zielquadranten und häufigerer Überquerung der Zielplattform. In beiden Forschungszweigen reduzierte Wasserstoff TNF-α-, IL-6- und HMGB1-Spiegel sowie M1-Polarisierung, erhöhte jedoch IL-10- und TGF-β-Spiegel sowie M2-Polarisierung. Die Wasserstoffbehandlung senkte das Verhältnis p-mTOR/mTOR und die Expression von p62 und erhöhte das Verhältnis p-AMPK/AMPK, LC3II/LC3I sowie die Expression von TREM-2 und Beclin-1 in LPS-behandelten BV-2-Zellen. MHY1485, ein mTOR-Aktivator, hob die Schutzwirkung von Wasserstoff in vitro auf. Zusammenfassend zeigten diese Ergebnisse, dass Wasserstoff sepsisinduzierte Neuroinflammation durch Modulation der Mikroglia-Polarisierung milderte, die durch den mTOR-Autophagie-Signalweg vermittelt wurde.
Original-Abstract (englisch)
Sepsis-associated encephalopathy (SAE) is the cognitive impairment resulting from sepsis and is associated with increased morbidity and mortality. Hydrogen has emerged as a promising therapeutic agent to alleviate SAE. The mechanism, however, remains unclear. This research aimed to determine whether hydrogen alleviates SAE by regulating microglia polarization and whether it is mediated by the mammalian target of rapamycin (mTOR)-autophagy pathway. Septic models were established by cecal ligation and puncture (CLP) performed on mice. The Morris Water Maze was used to evaluate cognitive function. M1/M2 microglia polarization was assessed by immunofluorescence. Inflammatory cytokines were determined by ELISA. Septic cell models were established using BV-2 cells incubated with 1 μg/ml lipopolysaccharide (LPS). M1/M2 microglia polarization was assessed by flow cytometry. Inflammatory cytokines from culture medium supernatant were determined by ELISA, and associated protein expression levels of mTOR-autophagy pathway were assessed by Western blot. Hydrogen inhalation attenuated sepsis-induced cognitive impairment with improved escape latency, time spent in the target platform quadrant and number of times crossing the target platform. In both animal and cell research, hydrogen reduced TNF-α, IL-6 and HMGB1 levels and M1 polarization, but increased IL-10 and TGF-β levels and M2 polarization. Hydrogen treatment decreased the ratio of p-mTOR/mTOR and the expression of p62 and increased the ratio of p-AMPK/AMPK, LC3II/LC3I and the expression of TREM-2 and Beclin-1 in LPS-treated BV-2 cells. MHY1485, an mTOR activator, abolished the protective effects of hydrogen in vitro. Taken together, these results demonstrated that hydrogen attenuated sepsis-induced neuroinflammation by modulating microglia polarization, which was mediated by the mTOR-autophagy signaling pathway.
Quelle & Links
Screenshot der PubMed-Seite
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