《Scientific Reports》：Topiramate protects against neuroinflammation in response to traumatic brain injury via activating Sirt1 signaling
编辑推荐：
创伤性脑损伤（TBI）后持续的神经炎症是导致神经功能恢复不良的关键因素。本研究探讨了抗癫痫药物托吡酯（TPM）在实验性TBI模型中的保护作用。研究发现，TPM治疗可减轻神经元损失、脑水肿，并改善神经功能评分。其机制与激活神经元Sirt1信号、促进小胶质细胞向M2样表型极化、减轻氧化应激和炎症因子（如TNF-α、IL-1β）表达有关。该研究为TPM作为TBI的潜在治疗药物提供了实验依据。
当头部遭受猛烈撞击，大脑在物理冲击之外，还会经历一场更为持久的“内部风暴”——神经炎症。创伤性脑损伤（Traumatic Brain Injury, TBI）是导致青壮年死亡和残疾的主要原因之一，其病理过程复杂，涉及原发性损伤和继发性损伤。在继发性损伤中，由小胶质细胞和星形胶质细胞过度激活引发的持续神经炎症反应，被认为是导致神经元进行性死亡和神经功能障碍恶化的核心环节。尽管对TBI病理机制的理解不断深入，但临床上仍缺乏能够有效遏制这种有害炎症、促进神经修复的特异性药物。因此，寻找能够调节神经炎症、具有神经保护作用的药物，成为TBI治疗研究的重要方向。
托吡酯（Topiramate, TPM）是一种美国食品药品监督管理局（FDA）批准的抗癫痫药物，临床上广泛用于治疗癫痫和偏头痛。除了其已知的抗兴奋性毒性作用，临床前研究还提示TPM可能具有抗炎特性。这引发了一个有趣的科学问题：这种已应用于临床的药物，是否能够穿越血脑屏障，作用于TBI后的神经炎症回路，从而改善预后？如果答案是肯定的，那么其背后的分子机制又是什么？为了回答这些问题，研究人员在《Scientific Reports》上发表了他们的研究成果，系统探究了TPM在实验性TBI模型中的治疗效果及其潜在的作用机制。
研究者主要运用了体内和体外两类模型相结合的研究策略。在体内，他们采用了成年小鼠的控制性皮层撞击（Controlled Cortical Impact, CCI）模型来模拟临床TBI。在体外，他们构建了原代皮层神经元的创伤性神经元损伤（Traumatic Neuronal Injury, TNI）模型，用于在细胞水平上精确评估药物效果和治疗时间窗。此外，研究还使用了Sirt1的特异性抑制剂sirtinol，在体内和体外进行机制验证。
TPM改善TBI后的神经病理结局与神经功能
研究首先评估了TPM对TBI后脑组织的保护作用。结果显示，与未治疗的损伤组相比，接受TPM（80 mg/kg）治疗的小鼠，其损伤同侧的脑组织含水量显著降低，表明脑水肿得到缓解。同时，代表细胞凋亡的关键蛋白cleaved caspase-3的表达也明显减少。更重要的是，TPM治疗显著提升了小鼠的神经功能。在损伤后第7天和第14天，治疗组小鼠在改良神经功能缺损评分（modified Neurological Severity Score, mNSS）和平衡木行走测试（beam-walk test）中的表现均优于损伤对照组，说明TPM不仅保护了神经元结构，也促进了神经功能的恢复。
TPM减轻TBI后的氧化应激与神经炎症
继发性损伤伴随着剧烈的氧化应激和炎症因子风暴。本研究通过检测丙二醛（Malondialdehyde, MDA）和4-羟基壬烯醛（4-Hydroxynonenal, 4-HNE）的水平，证实TPM有效抑制了TBI后的脂质过氧化反应。在炎症方面，TPM显著降低了促炎细胞因子肿瘤坏死因子-α（Tumor Necrosis Factor-α, TNF-α）、白细胞介素-1β（Interleukin-1β, IL-1β）和IL-6在大脑皮层中的表达水平，同时提升了抗炎细胞因子IL-10的表达。免疫组织化学染色进一步显示，TPM治疗抑制了胶质纤维酸性蛋白（Glial Fibrillary Acidic Protein, GFAP）阳性的星形胶质细胞增生和小胶质细胞/巨噬细胞特异性标记物离子钙结合衔接分子1（Ionized calcium-binding adapter molecule 1, Iba-1）阳性小胶质细胞的活化增殖。这些结果共同表明，TPM能够全面缓解TBI后的氧化损伤和神经炎症环境。
TPM通过激活Sirt1通路促进小胶质细胞向M2表型极化
为了深入揭示TPM的作用机制，研究者将目光投向了小胶质细胞的表型转换和Sirt1信号通路。小胶质细胞是大脑内主要的免疫细胞，在损伤后可极化为促炎的M1表型或抗炎/修复的M2表型。研究发现，TPM治疗促进了小胶质细胞向M2样表型转变，表现为M2表型相关基因的表达上调。与此同时，在神经元中，TPM增强了细胞核内Sirt1蛋白的表达。Sirt1是一种依赖于烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）的去乙酰化酶，在调节细胞应激、炎症和代谢中发挥核心作用。当研究者使用Sirt1特异性抑制剂sirtinol后，TPM所带来的神经保护作用、对小胶质细胞M2极化的促进作用均被部分抵消。这直接证明了Sirt1的激活是TPM发挥疗效的关键下游环节。
TPM在体外模型中直接保护神经元，其疗效具有时间依赖性
在体外TNI模型中，TPM（50-100 μM）同样展现出直接的神经保护作用，能够减少乳酸脱氢酶（Lactate Dehydrogenase, LDH）的释放，保持钙黄绿素（calcein）信号所指示的神经元活性，并抑制脂质过氧化。更重要的是，研究明确了TPM的治疗时间窗：在损伤后2小时内给药，能获得最佳的保护效果；若延迟至伤后4小时给药，则保护效应显著减弱。同样，在体外使用sirtinol也能阻断TPM的保护作用，再次验证了Sirt1通路的核心地位。
综上所述，本研究得出明确结论：已上市的抗癫痫药物托吡酯，在实验性创伤性脑损伤模型中展现出显著的神经保护作用。它能有效减轻脑水肿、抑制神经元凋亡、改善神经功能缺损。其保护机制是多方面的：包括减轻氧化应激、调节炎症因子平衡（抑制促炎因子，提升抗炎因子）、抑制星形胶质细胞和小胶质细胞的过度活化。更为关键的机制在于，TPM能够激活神经元中的Sirt1信号通路，进而驱动小胶质细胞从有害的M1表型向有益的M2样表型转换，从而促进炎症的消退和组织修复。体外实验进一步证实了TPM对神经元的直接保护作用，并确立了伤后2小时内的治疗时间窗。
这项研究的意义重大。首先，它从一个全新的视角——调节小胶质细胞表型和激活Sirt1通路——阐释了TPM的神经保护机制，为理解TBI后神经炎症的调控提供了新的理论依据。其次，该研究成功“老药新用”，为临床治疗THI找到了一个具有明确作用机制、且已有人体安全性和药代动力学数据的潜在候选药物，有望大大缩短药物从实验室到临床的转化路径。最后，研究揭示的Sirt1-小胶质细胞极化轴，可能成为一个普适性的神经炎症调控靶点，为其他神经系统损伤性或炎症性疾病的治疗提供新的策略。尽管从动物实验到临床应用仍需更多的研究验证，但本研究无疑为创伤性脑损伤的治疗带来了充满希望的新曙光。
