研究背景：HO-1是一種抗炎、抗氧化和具有神經保護作用的誘導酶，但是，在衰老過程中和年齡相關疾病中，HO-1的表達增加與神經毒性鐵沉積有關。因為小膠質細胞與腦內固有免疫反應有關，Cristina Fern′ andez-Mendívil等人在Redox Biology（IF= 9.986）這一雜志上發表文章，闡明在炎癥條件下的老年鼠中小膠質細胞HO-1的作用。

技術路線圖：

研究結果：

1. 在LPS 刺激和老年的小鼠腦內小膠質細胞中，HO-1的表達上調

與成年小鼠相比，老年小鼠的大腦中HO-1表達上調(圖1A-D)。圖1 A和E,與生理鹽水處理的老年鼠相比，LPS處理的老年鼠Iba1⁺小膠質細胞中HO-1水平顯著升高。結果表明，隨著年齡的增長，小膠質細胞HO-1表達上調，在急性炎癥損傷中，HO-1的過表達進一步增加。

Fig.1

2. 老年鼠接受炎癥刺激之后，小膠質細胞HO-1的缺失使鐵代謝變化恢復

如圖2B所示，WT小鼠經lps注射之后腦內非血紅素鐵的含量顯著增加，但是在HMOX1^M-KO小鼠中并沒有增加。此外，Perl s溶液染色顯示在注射LPS的WT小鼠海馬和皮質中鐵積累(圖2C和D),與生理鹽水WT小鼠相比。這些沉積在LPS刺激的HMOX1^M-KO小鼠中較低(圖2C和D)。表明在衰老過程中LPS依賴的小膠質細胞HO-1上調可能在鐵沉積的形成中發揮關鍵作用。LPS處理的WT小鼠大腦中觀察到的鐵沉積與不同鐵代謝標志物的改變有關(圖2E)。鐵轉運體DMT1和鐵蛋白L-ferritin升高，而鐵轉運蛋白FPN1下降 (圖2E和F)。然而，這些改變在LPS處理的HMOX1M-KO小鼠中被逆轉，這意味著在衰老的WT小鼠中，LPS導致了鐵流入和儲存增多，而外排減少，從而導致鐵積累。在老化的HMOX1^M-KO中，沒有鐵積累。

Fig.2

3. 在老年WT小鼠中，炎癥刺激導致腦內氧化應激，鐵死亡和認知降低

    如圖3ABC, 熒光染料H2DCFDA和DHE標記小鼠海馬中ROS的產生，發現在老年WT小鼠中ROS顯著增加，而LPS刺激的HMOX1^M-KO小鼠中，ROS減少。并且，通過圖3A和D 觀察PI染色發現，LPS注射WT小鼠會導致海馬細胞死亡的增加。LPS刺激的HMOX1M-KO小鼠中，細胞死亡減少。LPS注射WT小鼠GPX4的表達降低，HMOX1^M-KO小鼠中沒有變化(圖3E和F)。由于鐵死亡導致神經元死亡，之后又研究LPS是否也會導致認知能力下降，通過NOR（新事物識別）任務進行評估 (圖3G)。事實上，LPS在WT小鼠中誘導了認知能力的下降，測量結果是DI的下降，但在HMOX1^M-KO中沒有 (圖3H)。因此，這些結果表明，在年老的WT小鼠中觀察到LPS誘導的小膠質細胞HO-1的上調導致的的鐵積累，可能導致OS、鐵下垂，并最終導致認知能力下降。但是，LPS處理的HMOX1^M-KO小鼠中，所有這些特征均顯著減弱并部分恢復。

Fig.3

4. 小膠質細胞HO-1缺失改善了LPS誘導的炎癥狀況和衰老小鼠的疾病行為

報道顯示鐵沉積與神經炎癥關系密切。之后，我們研究了LPS依賴性的小膠質細胞HO-1過表達，除了導致鐵代謝改變外，是否與腦內促炎改變相關，盡管其具有抗炎作用。我們分析了LPS注射24小時后海馬區不同的炎癥標志物(圖4A)。iNOS和p65,與炎癥小體相關蛋白質NLRP3、 caspase-1和IL- 1β,和細胞因子TNF -α和IL- 1β(圖4 e)。與注射鹽水的WT小鼠相比，注射LPS的WT小鼠中這些蛋白或細胞因子的表達顯著增加。然而，LPS刺激的HMOX1^M-KO小鼠中這些參數顯著降低。

Fig.4

5. ZnPP對HO-1的藥理抑制可以恢復LPS引起的炎癥、氧化和鐵變化

使用ZnPP作為HO-1抑制劑，證實遺傳小鼠模型獲得的結果。按照圖6A的方法。ZnPP減少了LPS誘導的非血紅素鐵的積累(圖6B)， ZnPP能夠至少部分恢復LPS誘導的鐵代謝改變(圖6D)。此外，ZnPP處理降低了LPS誘導的iNOS、p65和CD68的增加(圖6E和F)、炎性體相關蛋白、IL-1β、NLRP3和caspase-1的表達(圖6G和H) 以及細胞因子TNF和IL-1表達減少(圖6I)。此外，ZnPP改善了小鼠在疾病行為測試中的表現(圖6J和K)。綜上所述，這些結果支持了HO-1在受到炎癥刺激的老年鼠中對鐵代謝、炎癥和行為改變的作用

Fig.5

6. 去鐵胺（DFX）治療可以改善LPS處理的老年小鼠的鐵代謝改變、炎癥和疾病行為

DFX能夠減少不穩定鐵(圖7B)并恢復LPS誘導的鐵代謝變化(圖7 c和D). 此外,DFX減少炎性標記物的表達,如iNOS和p65, 而不是CD68(圖7E和F)和炎性體相關標志物NLRP3、caspase-1和成熟IL-1 (圖7 g和H)。此外,DFX也減少了TNF-α和IL- 1β (圖7I)。此外，DFX改善了小鼠在疾病行為任務中的表現(圖7J和K)。DFX能夠恢復LPS處理的老年小鼠的大部分變化，這一事實表明，老年WT小鼠中，鐵負荷可能是LPS依賴性小膠質細胞HO-1過表達的結果，與炎癥、氧化應激和認知障礙有關。

Fig.6