血红素激活白介素-17信号通路以及CCAAT/增强子结合蛋白β，从而促进神经炎症和血脑屏障的破坏

《International Journal of Biological Macromolecules》：Hemin activates interleukin-17 signaling and CCAAT/enhancer-binding protein beta to promote neuroinflammation and blood–brain barrier disruption

　　

陈梦珂|朱新芳|高庆梅|陈成|夏荣|张琦

中国复旦大学华山医院输血科，上海

摘要

血红素过载是溶血状态和细胞损伤的特征，可引发氧化应激和炎症级联反应，从而扰乱神经血管的稳态。然而，外周血红素暴露如何破坏血脑屏障（BBB）完整性的分子机制尚未完全明确。在本研究中，我们探讨了将外周血红素刺激与神经血管损伤联系起来的关键分子介质。腹腔注射血红素会导致小鼠的血脑屏障通透性显著增加，同时伴有免疫细胞侵入脑实质、小胶质细胞促炎反应以及神经元DNA损伤。我们的目标是阐明血红素刺激如何激活破坏神经血管稳态的炎症信号通路。通过对脾脏的转录组分析，发现白细胞介素-17（IL-17）信号通路被强烈激活。一致地，在体内和体外实验中，血红素暴露均提高了IL-17A的水平，并增强了下游信号成分（包括磷酸化NF-κB p65和基质金属蛋白酶9（MMP9）的表达。功能研究表明，体内中和IL-17A可减轻神经炎症反应并改善血脑屏障的完整性；而Secukinumab在体外阻断IL-17A也能同样缓解炎症反应和内皮屏障功能障碍。机制上，血红素上调了CCAAT/增强子结合蛋白β（CEBPB），这一过程部分依赖于IL-17信号通路。敲低CEPBB可减轻血红素引起的炎症反应和内皮屏障功能障碍，这支持了CEBPB作为下游效应因子的作用。此外，观察到CEPBB启动子区域的DNA甲基化水平降低，提示可能存在表观遗传调控的参与。综上所述，这些发现揭示了从外周到中枢的炎症机制，表明血红素负荷与血脑屏障损伤之间存在关联，并提示IL-17信号通路（部分通过CEBPB）在溶血相关神经血管损伤中起作用。

引言

血红素是一种在血管内或血管外溶血过程中以及细胞广泛损伤时释放的危险分子[1], [2], [3]。过量的血红素可引发氧化应激、炎症反应和组织损伤[4], [5], [6]。炎症是几乎所有获得性疾病的基本病理过程[7]。血红素诱导的炎症已被证实与多种疾病的发生有关，包括肾衰竭、动脉粥样硬化和输血相关并发症[8], [9]。

许多溶血性疾病常伴有神经系统并发症。镰状细胞病患者常出现脑血管异常和认知障碍[10]；溶血性尿毒综合征与神经行为紊乱相关[11]；严重创伤或溶血性输血反应可导致急性脑功能障碍[12]。临床研究表明，尤其是长期储存的红细胞输血与术后谵妄有关[13], [14]。实验进一步证明，输了龄的红细胞会通过血红蛋白介导的机制引发神经炎症和认知障碍[15]。先前的研究报道，游离血红素可通过TLR4/MyD88/NF-κB信号通路激活小胶质细胞[16]。然而，血红素介导的中枢神经系统损伤的分子机制尚未系统阐明。

血脑屏障是一种结构和功能屏障，对维持脑部稳态和保护中枢神经系统（CNS）免受潜在有害循环病原体的侵害至关重要[17], [18]。外周炎症是导致血脑屏障功能障碍的主要因素，会促进内皮屏障破坏并促进免疫细胞侵入中枢神经系统[19]。最新研究表明，外周炎症会损害血脑屏障的完整性，促使免疫细胞和促炎因子进入大脑，从而在神经退行性疾病中起关键作用[20], [21]。在外周炎症介质中，IL-17被确定为神经炎症的关键调节因子，有证据表明其参与多发性硬化症、中风和阿尔茨海默病的发生[22], [23], [24]。针对IL-17的治疗在多发性硬化症等疾病中显示出临床和临床前疗效[25]。CEPBB（CCAAT/增强子结合蛋白β）是一种由IL-17信号通路调控的下游转录因子，可调节炎症介质的表达并影响细胞命运[26], [27], [28]。然而，在血红素负荷情况下，CEPBB是否对中枢神经系统损伤有贡献仍不清楚。

本研究旨在阐明血红素暴露如何破坏神经血管稳态并激活炎症信号通路。我们通过腹腔注射血红素来研究血红素过载的免疫和神经血管后果。血红素的剂量和时间（50 μmol/kg，腹腔注射，24小时）是根据先前模拟体内血红素诱导炎症反应的研究选定的，并经过优化，以可靠地诱导神经炎症和血脑屏障的改变[29], [30]。通过结合体内和体外方法（包括转录组分析、血脑屏障完整性评估和目标通路干扰），我们研究了IL-17信号通路及其下游效应因子CEPBB在血红素诱导的神经炎症和血脑屏障破坏中的作用。这些发现有助于理解系统性血红素负荷如何导致中枢神经血管损伤，并揭示了将外周炎症与中枢神经系统功能障碍联系起来的潜在途径。

部分内容展示

小鼠

实验所用小鼠为C57BL/6品系（8周龄，健康），购自上海吉辉实验动物繁殖有限公司。小鼠饲养在温度控制的房间（25°C）中，具备12小时光照/黑暗周期，可自由获取食物和水。所有实验程序均获得了复旦大学华山医院动物护理和使用委员会的批准。小鼠被随机分为三组：对照组、血红素组及血红素+抗IL-17A组。对照组小鼠接受腹腔注射……

血红素注射引发系统性炎症反应和小胶质细胞激活

为了确定血红素是否引发外周和中枢的炎症反应，小鼠被腹腔注射血红素（50 μmol/kg），24小时后采集脾组织进行转录分析。RT-qPCR结果显示，血红素处理组中炎症介质Il1b, Il6, S100a8和S100a9显著上调，表明存在强烈的系统性炎症反应（图1A–D）。为了排除给药剂量可能带来的系统性毒性，我们进一步进行了评估……

讨论

血红素过载可见于多种溶血、感染和损伤相关疾病，包括镰状细胞病、自身免疫性溶血性贫血、败血症、脑出血和储存红细胞输血[9]。这些疾病常伴有神经系统并发症，如急性谵妄、脑血管功能障碍和认知障碍[10], [11], [12], [13]。通过体内和体外模型，我们证明了血红素会破坏血脑屏障……

结论

本研究确定了IL-17信号通路及其下游效应因子CEBPB是与血红素诱导的神经血管功能障碍相关的关键介质。血红素暴露与IL-17A的产生增加及其下游信号通路的激活相关，伴随炎症细胞因子的升高、氧化应激和血脑屏障的破坏。这些发现为血红素相关的神经血管损伤提供了机制上的见解，并突出了IL-17信号通路的作用。

作者贡献声明

Chen梦珂：撰写——原始草案、数据可视化、验证、方法设计、实验研究、数据分析、概念构建。朱新芳：撰写——审稿与编辑、实验研究、数据管理。高庆梅：撰写——审稿与编辑、验证、数据管理。陈成：撰写——审稿与编辑、数据管理。夏荣：撰写——审稿与编辑、方法设计、资金申请。张琦：撰写——审稿与编辑、数据可视化、项目监督、方法设计。

资金支持声明

本研究得到了国家自然科学基金（编号：82370232）和中国输血学会–圣莎生物输血医学发展基金（编号：CBSB-SX-2025-03）的支持。

利益冲突声明

作者声明他们不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。