Cathepsin H (CatH) is a lysosomal cysteine protease with a unique aminopeptidase activity. Its expression level is increased in activated immune cells including dendritic cells, macrophages, and microglia. We have previously reported that CatH deficiency impairs toll-like receptor 3 (TLR3)-mediated activation of interferon regulatory factor 3 (IRF3), and the subsequent secretion of interferon (IFN)-β from dendritic cells. Furthermore, there is increasing evidence that IFN-β secreted from microglia/macrophages has neuroprotective effects. These observations prompted further investigation into the effects of CatH deficiency on neuropathological changes. In this study, neuropathological changes were examined using histochemical staining (both hematoxylin-eosin (H&E) and Nissl) of the hippocampus of wild-type (WT) and CatH-deficient (CatH−/−) mice after hypoxia-ischemia (HI). The density and the localization of CatH and TLR3 were examined by immunofluorescent staining. CatH processing in microglia was assayed by pulse-chase experiments, while immunoblotting was used to examine TLR3 expression and IRF3 activation in microglia/macrophages in the presence of poly(I:C). Microglial cell death was examined by fluorescence-activated cell sorting (FACS), and primary astrocyte proliferation in the presence of IFN-β was examined using scratch wound assay. WT mice displayed severe atrophy in association with neuronal death and moderate astrogliosis in the hippocampus following neonatal HI. Somewhat surprisingly, CatH−/− mice showed marked neuronal death without severe atrophy in the hippocampus following HI. Furthermore, there was notable microglia/macrophages cell death and strong astrogliosis in the hippocampus. The TLR3 and phosphorylated IRF3 expression level in the hippocampus or splenocytes (mainly splenic macrophages); from CatH−/− mice was lower than in WT mice. In vitro experiments demonstrated that recombinant IFN-β suppressed HI-induced microglial cell death and astrocyte proliferation. These observations suggest that CatH plays a critical role in the proteolytic maturation and stabilization of TLR3, which is necessary for IFN-β production. Therefore, impaired TLR3/IFN-β signaling resulting from CatH deficiency may induce microglial cell death after activation and astrogliosis/glial scar formation in the hippocampus following HI injury, leading to suppression of hippocampal atrophy.

中文翻译：

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组织蛋白酶 H 缺乏通过减弱的 TLR3/IFN-β 信号传导减少新生小鼠缺氧缺血诱导的海马萎缩

组织蛋白酶 H (CatH) 是一种溶酶体半胱氨酸蛋白酶，具有独特的氨肽酶活性。它的表达水平在活化的免疫细胞中增加，包括树突状细胞、巨噬细胞和小胶质细胞。我们之前曾报道过，CatH 缺乏会损害 toll 样受体 3 (TLR3) 介导的干扰素调节因子 3 (IRF3) 的激活，以及随后从树突状细胞分泌干扰素 (IFN)-β。此外，越来越多的证据表明小胶质细胞/巨噬细胞分泌的 IFN-β 具有神经保护作用。这些观察结果促使进一步研究 CatH 缺乏对神经病理学变化的影响。在本研究中，使用组织化学染色（苏木精-伊红（H& E) 和 Nissl) 在缺氧缺血 (HI) 后野生型 (WT) 和 CatH 缺陷 (CatH-/-) 小鼠的海马。通过免疫荧光染色检查CatH和TLR3的密度和定位。通过脉冲追踪实验测定小胶质细胞中的 CatH 加工，而免疫印迹用于检查聚 (I:C) 存在下小胶质细胞/巨噬细胞中的 TLR3 表达和 IRF3 活化。通过荧光激活细胞分选 (FACS) 检查小胶质细胞死亡，并使用划痕试验检查在 IFN-β 存在下的原代星形胶质细胞增殖。WT 小鼠在新生儿 HI 后表现出与神经元死亡和海马中度星形胶质细胞增生相关的严重萎缩。有点令人惊讶的是，CatH-/- 小鼠在 HI 后表现出明显的神经元死亡，而海马体没有严重萎缩。此外，海马中存在显着的小胶质细胞/巨噬细胞死亡和强烈的星形胶质细胞增生。海马或脾细胞（主要是脾巨噬细胞）中TLR3和磷酸化IRF3的表达水平；CatH-/- 小鼠的含量低于 WT 小鼠。体外实验表明，重组 IFN-β 抑制 HI 诱导的小胶质细胞死亡和星形胶质细胞增殖。这些观察结果表明，CatH 在 TLR3 的蛋白水解成熟和稳定中起关键作用，这对于 IFN-β 的产生是必需的。因此，CatH 缺乏导致的 TLR3/IFN-β 信号受损可能会导致小胶质细胞在活化后死亡，并在 HI 损伤后在海马中形成星形胶质细胞增生/胶质瘢痕，从而抑制海马萎缩。海马中有明显的小胶质细胞/巨噬细胞死亡和强烈的星形胶质细胞增生。海马或脾细胞（主要是脾巨噬细胞）中TLR3和磷酸化IRF3的表达水平；CatH-/- 小鼠的含量低于 WT 小鼠。体外实验表明，重组 IFN-β 抑制 HI 诱导的小胶质细胞死亡和星形胶质细胞增殖。这些观察结果表明，CatH 在 TLR3 的蛋白水解成熟和稳定中起关键作用，这对于 IFN-β 的产生是必需的。因此，CatH 缺乏导致的 TLR3/IFN-β 信号受损可能会导致小胶质细胞在活化后死亡，并在 HI 损伤后在海马中形成星形胶质细胞增生/胶质瘢痕，从而抑制海马萎缩。海马中有明显的小胶质细胞/巨噬细胞死亡和强烈的星形胶质细胞增生。海马或脾细胞（主要是脾巨噬细胞）中TLR3和磷酸化IRF3的表达水平；CatH-/- 小鼠的含量低于 WT 小鼠。体外实验表明，重组 IFN-β 抑制 HI 诱导的小胶质细胞死亡和星形胶质细胞增殖。这些观察结果表明，CatH 在 TLR3 的蛋白水解成熟和稳定中起关键作用，这对于 IFN-β 的产生是必需的。因此，CatH 缺乏导致的 TLR3/IFN-β 信号受损可能会导致小胶质细胞在活化后死亡，并在 HI 损伤后在海马中形成星形胶质细胞增生/胶质瘢痕，从而抑制海马萎缩。海马或脾细胞（主要是脾巨噬细胞）中TLR3和磷酸化IRF3的表达水平；CatH-/- 小鼠的含量低于 WT 小鼠。体外实验表明，重组 IFN-β 抑制 HI 诱导的小胶质细胞死亡和星形胶质细胞增殖。这些观察结果表明，CatH 在 TLR3 的蛋白水解成熟和稳定中起关键作用，这对于 IFN-β 的产生是必需的。因此，CatH 缺乏导致的 TLR3/IFN-β 信号受损可能会导致小胶质细胞在活化后死亡，并在 HI 损伤后在海马中形成星形胶质细胞增生/胶质瘢痕，从而抑制海马萎缩。海马或脾细胞（主要是脾巨噬细胞）中TLR3和磷酸化IRF3的表达水平；CatH-/- 小鼠的含量低于 WT 小鼠。体外实验表明，重组 IFN-β 抑制 HI 诱导的小胶质细胞死亡和星形胶质细胞增殖。这些观察结果表明，CatH 在 TLR3 的蛋白水解成熟和稳定中起关键作用，这对于 IFN-β 的产生是必需的。因此，CatH 缺乏导致的 TLR3/IFN-β 信号受损可能会导致小胶质细胞在活化后死亡，并在 HI 损伤后在海马中形成星形胶质细胞增生/胶质瘢痕，从而抑制海马萎缩。体外实验表明，重组 IFN-β 抑制 HI 诱导的小胶质细胞死亡和星形胶质细胞增殖。这些观察结果表明，CatH 在 TLR3 的蛋白水解成熟和稳定中起关键作用，这对于 IFN-β 的产生是必需的。因此，CatH 缺乏导致的 TLR3/IFN-β 信号受损可能会导致小胶质细胞在活化后死亡，并在 HI 损伤后在海马中形成星形胶质细胞增生/胶质瘢痕，从而抑制海马萎缩。体外实验表明，重组 IFN-β 抑制 HI 诱导的小胶质细胞死亡和星形胶质细胞增殖。这些观察结果表明，CatH 在 TLR3 的蛋白水解成熟和稳定中起关键作用，这对于 IFN-β 的产生是必需的。因此，CatH 缺乏导致的 TLR3/IFN-β 信号受损可能会导致小胶质细胞在活化后死亡，并在 HI 损伤后在海马中形成星形胶质细胞增生/胶质瘢痕，从而抑制海马萎缩。