电针通过SIRT1/HMGB1信号轴介导的铁死亡机制，缓解脊髓损伤后的抑郁样行为

《Behavioural Brain Research》：Electroacupuncture alleviates depression-like behavior after spinal cord injury via SIRT1/HMGB1 signaling axis mediated ferroptosis

脊髓损伤后抑郁行为通过SIRT1/HMGB1通路调控铁死亡，电针干预可激活SIRT1并保留HMGB1核内定位，减轻氧化应激和神经元损伤。

　　

吴周|伯黑|刘志新|陈帅|范一飞|张海峰|任炳凯|傅勇|谭家聪

中国南昌江西中医药大学附属医院

摘要

背景

脊髓损伤（SCI）会引发神经炎症和大脑变化，这些变化会导致类似抑郁的行为。铁死亡（Ferroptosis）在SCI后的神经元损伤中起着关键作用。HMGB1调节铁死亡过程，而SIRT1则抑制HMGB1的活性。电针（EA）已被证明具有神经保护和抗抑郁作用，但其在SCI中的具体机制仍不清楚。本研究探讨了EA是否通过激活SIRT1、保持HMGB1在细胞核中的位置以及限制前额叶皮层（PFC）中的铁死亡来缓解SCI后的抑郁症状。

方法

在雄性Sprague-Dawley大鼠中建立了中度SCI模型，以评估EA的神经保护作用。对大鼠进行了抑郁行为评估、皮层神经元的组织病理学分析，并量化了铁死亡相关生物标志物（包括丙二醛（MDA）、Fe²⁺、谷胱甘肽（GSH）和线粒体完整性）。通过Western blotting和免疫荧光染色技术分析了SIRT1、HMGB1、乙酰化HMGB1（Ace-HMGB1）、GPX4及其他氧化应激标志物的蛋白表达水平。为了研究SIRT1激活在EA作用中的机制，将SIRT1抑制剂EX-527与EA联合使用。此外，还通过过表达HMGB1（OE-HMGB1）和用甘草酸（GA）进行药理抑制，以验证SIRT1/HMGB1通路在EA神经保护作用中的特异性。

结果

EA显著改善了SCI大鼠的抑郁样行为，表现为对蔗糖的偏好增加、不动时间减少以及社交互动增强。EA还减轻了神经元损伤，保持了线粒体结构，并通过降低ROS和Fe²⁺水平、增加GPX4和GSH表达来缓解氧化应激。Western blotting和免疫荧光分析显示，EA激活了SIRT1并抑制了HMGB1向细胞质的转移，减少了HMGB1的乙酰化。过表达HMGB1（OE-HMGB1）反而逆转了这些保护作用，促进了HMGB1的转移和乙酰化。此外，联合使用EX-527（SIRT1抑制剂）和GA（HMGB1抑制剂）会减弱EA的神经保护效果，证实了SIRT1激活和HMGB1调节在EA的神经保护和抑郁样行为改善中的关键作用。

结论

这些发现表明，EA通过激活SIRT1/HMGB1信号通路来抑制铁死亡，从而预防SCI引起的抑郁。本研究揭示了EA在SCI相关抑郁中的新型神经保护机制，并强调了铁死亡调节作为潜在治疗策略的重要性。通过结合传统中医与现代分子病理生理学，本研究为EA治疗SCI引起的抑郁提供了新的见解，并为未来的治疗干预提供了方向。

引言

脊髓损伤（SCI）是一种严重的中枢神经系统（CNS）损伤疾病，会导致感觉、运动和自主功能障碍，包括膀胱和肠道控制障碍、性功能障碍以及显著的心理和情绪问题[1],[2],[3],[4]。早期研究主要集中在SCI后的病理生理变化以及上行和下行神经通路的破坏上。然而，最近的研究表明，创伤性SCI不仅会破坏脊髓的局部微环境，还会影响参与情绪和心理社会调节的大脑区域，导致这些区域的神经回路重组，最终引发类似抑郁的情绪障碍[5],[6],[7]。临床数据显示，SCI后的抑郁发病率超过30%，远高于普通人群[8],[9]。此外，伴有抑郁的患者死亡率比没有抑郁的患者高出近50%[10]。动物实验也显示，SCI大鼠表现出明显的抑郁样行为，进一步强调了其对情绪障碍的易感性[11],[12]。因此，进一步研究SCI引起的抑郁的分子和神经机制以及探索创新的治疗策略至关重要。

铁死亡是一种受调控的细胞死亡形式，其主要特征是铁依赖性脂质过氧化物的积累达到致命水平[13]。神经元铁死亡在多种CNS疾病的病理生理过程中起着关键作用，包括创伤性脑损伤[14]、蛛网膜下腔出血（SAH）[15]、帕金森病[16]和中风[17]。此外，在抑郁动物模型的大脑中观察到铁过载、抗氧化剂耗竭、活性氧（ROS）积累和脂质过氧化[18],[19]。动物研究还表明，神经元铁死亡与SCI后的抑郁进展密切相关[20]。因此，抑制铁死亡可能成为治疗SCI后抑郁的有希望的方法。

高迁移率组蛋白1（HMGB1）是一种与核损伤相关的分子模式蛋白，在神经炎症中起关键作用[21],[22]。在正常情况下，HMGB1主要位于细胞核内，稳定染色质结构并调节基因转录。但在病理条件下，翻译后修饰（尤其是乙酰化）会促进其从细胞核转移到细胞质并释放到细胞外空间[22],[23],[24]。最近的研究表明，HMGB1不仅会放大炎症反应，还会调节铁死亡——这是一种由铁积累和脂质过氧化驱动的新形式的细胞死亡[25],[26]。细胞质或细胞外的HMGB1会破坏铁稳态，加剧氧化损伤，从而促进神经元铁死亡并加速神经退行性过程。沉默信息调节因子1（SIRT1）是一种NAD+-依赖的组蛋白去乙酰化酶，是HMGB1乙酰化的关键上游调节因子[27]。SIRT1去乙酰化HMGB1上的特定赖氨酸残基，防止其从细胞核转移到细胞质，并减弱随后的炎症级联反应[28]。此外，SIRT1介导的HMGB1乙酰化还会促进铁死亡，加重糖尿病视网膜病变[29]。然而，SIRT1/HMGB1通路在铁死亡中的作用及其在SCI后抑郁中的潜在作用仍有待进一步探索。

电针（EA）是一种基于传统中医的治疗方法，被认为是一种可靠且成本效益高的疗法，对药物的依赖性较低，副作用较少。它通过抗炎、抗氧化和抗凋亡机制表现出神经保护作用[30],[31]。新兴证据表明，EA可以激活SIRT1信号通路并改善抑郁样行为[32]。然而，尚不清楚EA是否通过增强SIRT1介导的HMGB1去乙酰化和抑制前额叶皮层（PFC）神经元的铁死亡来缓解SCI引起的抑郁。本研究旨在探讨SIRT1/HMGB1通路在SCI后PFC神经元铁死亡调节中的作用，探索其在抑郁样行为发展中的潜在机制，并确定EA是否通过调节这一通路发挥抗抑郁和神经保护作用。这些发现可能为SCI引起的抑郁的分子机制提供新的见解，并为预防和治疗提供潜在的治疗靶点。

动物

从Vital River Laboratory Animal Technology（中国）获得了220 ± 20克的成年雄性Sprague-Dawley大鼠。大鼠被饲养在标准聚碳酸酯笼子中（每笼3-4只），处于受控的环境条件下（温度22–23 ± 2°C；湿度50–60%；12小时光照/黑暗周期）。实验期间提供充足的食物和水，并提供环境丰富化设施（筑巢材料和隧道）。所有实验均得到了第一附属医院伦理委员会的批准。

蔗糖偏好测试（SPT）

该测试在先前报道的协议基础上进行了少量修改[33]。在适应阶段，大鼠被提供两个含有2%蔗糖的瓶子，持续24小时。然后其中一个瓶子被替换为水，大鼠有额外的24小时适应时间，期间瓶子的位置会更换一次以减少偏见。测试前，大鼠禁食禁水24小时。测试过程中，每只大鼠接受一个预先称重的含2%蔗糖的瓶子。

EA改善SCI后前额叶皮层的抑郁样行为和神经元损伤

为了确认EA可以缓解SCI引起的抑郁样行为，进行了多项行为测试（SPT、OFT、SIT、FST）。TSPT和FST分别用于评估大鼠的抑郁样行为和绝望行为。SCI组的SPT评分显著低于假手术组，而EA治疗显著增加了大鼠对蔗糖的偏好（图1B）。此外，FST结果显示SCI增加了不动时间，而EA治疗显著减少了不动时间。

讨论

SCI经常导致运动功能障碍和抑郁共存，这种共病会加剧神经缺陷并带来显著的社会经济负担。EA是一种基于传统中医的非药物治疗方法，已被证明可以有效促进运动恢复并缓解SCI后的情绪障碍[20],[37]。越来越多的临床前证据表明，EA通过减轻神经炎症和氧化应激发挥神经保护作用。

本研究的局限性

首先，没有进行正式的先验功效计算，样本量是根据先前的研究和可行性及伦理考虑确定的。其次，使用商业化的Acetyl HMGB1 K29兔多克隆抗体来定量乙酰化HMGB1。尽管我们在方法部分报告了制造商提供的表位信息和验证细节，但我们没有进行额外的内部特异性测试，如肽竞争测定或基因敲低/敲除实验。

结论

总之，EA上调了PFC中的SIRT1表达，促进了HMGB1的去乙酰化和核内保留，防止了其向细胞质的转移。这些效应恢复了氧化还原平衡，增强了抗氧化活性，减少了脂质过氧化，并抑制了神经元铁死亡。因此，EA通过PFC中的SIRT1/HMGB1通路缓解了氧化应激、铁过载和铁死亡，从而提高了神经元存活率并减轻了抑郁样行为。

声明

无

伦理批准和参与同意

不适用

动物伦理

动物实验遵循美国国立卫生研究院关于实验室动物护理和使用的指南，并获得了南昌大学第一附属医院伦理委员会的批准（批准编号：CDYFY-IACUC-202402QP069）。

出版同意

不适用

资助

本研究得到了中国国家自然科学基金（项目编号82460970）和江西省中医药管理局科技计划项目（项目编号2025020787）的支持。

作者声明

吴周和伯黑：研究设计、数据收集和手稿撰写；刘志新和陈帅：数据收集和分析；范一飞和张海峰：数据收集和分析；傅勇、柏凯瑞和贾聪：研究设计、数据分析及手稿最终修订。作者们阅读并批准了最终版本的手稿。

CRediT作者贡献声明

范一飞：数据可视化、验证、监督、数据管理。张海峰：软件、资源、正式分析、数据管理。陈帅：验证、监督、软件、方法学。吴周：初稿撰写、项目管理、调查、数据管理。伯黑：资源、方法学、调查、正式分析、概念化。刘志新：验证、监督、软件、正式分析。任炳凯：验证、监督、软件、资源管理。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。