褪黑素：新生儿脑缺血中Notch1信号通路和Sirt3的“神奇守护者”

在神秘而复杂的人体内部，一场关于细胞信号通路的“大戏”无时无刻不在上演。其中，Notch1信号通路和Sirt3就像两位关键“演员”，它们在中枢神经系统的舞台上各自扮演着至关重要的角色。Notch1掌控着神经发生等大脑的关键活动，Sirt3则守护着线粒体稳态和细胞的生存。然而，当疾病这个“反派”出现，比如新生儿缺氧缺血（HI）时，它们会受到怎样的影响呢？褪黑素这个具有神奇功效的“守护者”，又会发挥怎样的作用呢？

近日，意大利乌尔比诺大学研究团队在Sci Rep发表了题为Melatonin modulates the Notch1 signaling pathway and Sirt3 in the hippocampus of hypoxic-ischemic neonatal rats的研究论文，深入探讨了新生儿HI后褪黑素对Notch1信号通路和Sirt3的影响。结果发现HI增加了新生大鼠海马Notch1表达及相关蛋白表达，褪黑素阻止了HI诱导的Notch1信号通路激活，维持了相关蛋白的正常表达，并防止Sirt3耗竭。这为褪黑素对体内新生脑缺血中相关通路的影响提供了新见解，也暗示了其可能支持缺血期间神经元的存活。

研究通过对新生大鼠建立缺氧缺血模型，分为褪黑素组和对照组。在特定时间点，采用Western blot分析检测海马各组分相关蛋白，以及免疫组织化学处理脑切片并用多种抗体检测。通过这些方法评估褪黑素对相关通路和蛋白的影响。

HI对Notch1表达的影响

通过Western blot分析不同时间点海马蛋白表达，结果显示与对照组相比，HI后1小时Notch1表达显著增加（p ≤0.05），24小时进一步增加，48小时恢复到对照水平。双标记免疫组化实验表明Notch1在缺血海马的神经元和神经胶质细胞中均有表达，这通过Notch1与神经元标记物MAP2以及星形胶质细胞特异性标记物GFAP的强烈共定位得以证实。

图1：新生儿缺氧缺血会增加海马体中神经元和神经胶质细胞的 Notch 表达

褪黑素对Notch信号通路的调节作用

Western blot分析发现HI后1小时Notch1在海马中的表达显著增加，褪黑素处理进一步增加缺血动物海马中的Notch1表达（p ≤0.05 vs. Ctrl）。免疫印迹分析显示损伤后1小时缺血海马中NICD表达显著增加（p ≤0.001 vs. Ctrl），免疫荧光结果表明NICD在缺血海马神经元中显著表达且与NeuN在海马CA1区域有共定位，褪黑素处理可将NICD表达维持在对照值水平。HI后1小时HES1表达显著增加（p ≤0.05 vs. Ctrl），褪黑素给药可将其表达维持在对照水平。HI后1小时c-Myc表达显著降低（p ≤0.05 vs. Ctrl），褪黑素可将其表达恢复到高于对照组的值。

图2：褪黑素可减少新生儿缺氧缺血在海马体中诱导的NICD（Notch细胞内结构域）表达

图3：新生儿缺氧缺血以及褪黑素对HES1和c-Myc表达的影响

HI对Sirt3表达的影响

免疫印迹分析对从新生大鼠海马获得的细胞质、细胞核和线粒体组分进行检测，结果显示Sirt3主要定位于线粒体，在细胞核和细胞质中未检测到其表达。与对照组相比，HI后1小时缺血动物海马中的Sirt3表达显著降低（p ≤0.001）。

褪黑素对Sirt3表达的保护作用

褪黑素不影响对照组动物以及缺血动物对侧海马中的Sirt3表达，但能完全恢复缺血动物损伤海马中降低的Sirt3表达。通过不同细胞类型特异性抗原的抗体对Sirt3进行双染色，发现Sirt3与NeuN在海马CA1区域有强烈共定位，在HI + Mel动物大脑皮质深层也有少量共定位，与GFAP共标记则显示在大脑皮质以及褪黑素处理的缺血动物海马中只有少量Sirt3/GFAP阳性细胞，表明褪黑素主要在海马神经元中保护Sirt3表达，且免疫组化实验显示Sirt3和Notch1在同一神经元中表达。

图4：新生儿缺氧缺血以及褪黑素对SIRT3表达的影响

图5：褪黑素处理后，缺血海马体中神经元和神经胶质细胞中Sirt3的表达

总体而言，本研究结果表明，在新生大鼠缺氧缺血（HI）模型中，HI可使海马神经元和神经胶质细胞中Notch1表达及相关蛋白增加。褪黑素能显著阻止HI诱导的Notch1信号通路激活，维持关键蛋白的正常表达，还可防止Sirt3耗竭。这不仅为褪黑素在体内新生脑缺血中对Notch1信号通路和Sirt3的影响提供了新认识，也暗示了褪黑素可能通过对这些通路的调节支持缺血期间神经元存活。该研究在理论上丰富了对相关信号通路在脑缺血中作用机制的理解，在实践上为新生儿脑缺血的治疗提供了潜在的靶点和方向，对开发新的治疗方法和药物具有重要的指导意义。（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Mohammadi, A., Balduini, W. & Carloni, S. Melatonin modulates the Notch1 signaling pathway and Sirt3 in the hippocampus of hypoxic-ischemic neonatal rats. Sci Rep 14, 25069 (2024). https://doi.org/10.1038/s41598-024-76307-y