【摘要】： 研究背景 無論是發(fā)育過程中還是成年后的視皮質(zhì)神經(jīng)元,其結(jié)構(gòu)、功能以及突觸數(shù)量可隨環(huán)境發(fā)生變化,具有經(jīng)驗(yàn)依賴的可塑性(Experience- dependent Plasticity)。新近研究發(fā)現(xiàn),神經(jīng)元興奮依賴性(Activity-dependent)調(diào)節(jié)和功能的可塑性與神經(jīng)元能量代謝緊密偶聯(lián)(Energy metabolic coupling),這被認(rèn)為是神經(jīng)元可塑性的核心環(huán)節(jié)。神經(jīng)元興奮性(Neuronal activity)高度依賴于線粒體氧化磷酸化(Oxdatve phosphorylation system, OXPHOS)產(chǎn)生的三磷酸腺苷(Adenosine triphosphate, ATP)。線粒體功能障礙(Mitochodrial dysfunction)可能是視覺剝奪導(dǎo)致視皮質(zhì)神經(jīng)元功能抑制的關(guān)鍵因素。但是,迄今對(duì)視皮質(zhì)神經(jīng)元興奮能量偶聯(lián)的信號(hào)機(jī)制尚不明確。 核呼吸因子(Nuclear respiratory factors, NRFs)是調(diào)節(jié)線粒體氧化磷酸化和線粒體再生的重要轉(zhuǎn)錄因子,通過直接轉(zhuǎn)錄調(diào)控細(xì)胞核DNA(nDNA)編碼的呼吸酶鏈亞單位基因,并通過線粒體轉(zhuǎn)錄因子A和B(mtTFA, mtTFB)間接調(diào)控線粒體DNA(mtDNA)編碼的呼吸酶鏈亞單位基因,行使其對(duì)線粒體呼吸轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)。我們以往研究發(fā)現(xiàn),核呼吸因子1 (NRF-1)和2 (NRF-2)參與了視皮質(zhì)神經(jīng)元線粒體能量代謝調(diào)控的偶聯(lián)過程,其轉(zhuǎn)錄和蛋白表達(dá)水平與神經(jīng)元興奮性呈正相關(guān),且與細(xì)胞色素氧化酶(Cytochrome c oxidase, COX)活性是一致的。另一方面,PGC-1α,即過氧化物酶體增生物激活受體γ(Peroxisome proliferators-activated receptor gamma,PPARγ)共激活因子1α(PPARγcoactivator-1-α, PGC-1α),作為重要的轉(zhuǎn)錄共激活因子,是線粒體生物合成過程的關(guān)鍵分子。有研究表明,PGC-1α對(duì)NRFs的基因表達(dá)具有強(qiáng)大的誘導(dǎo)作用,可通過NRFs調(diào)節(jié)OXPHOS成分的協(xié)同表達(dá)。因此,PGC-1α能促進(jìn)NRFs的基因轉(zhuǎn)錄,從而協(xié)調(diào)機(jī)體在不同能量供需狀態(tài)時(shí)的線粒體呼吸鏈功能。然而,視皮質(zhì)神經(jīng)元興奮能量偶聯(lián)過程中PGC-1α和NRFs的信號(hào)調(diào)控機(jī)制亟待深入。 來自動(dòng)物試驗(yàn)以及臨床觀察的證據(jù)均表明,一磷酸腺苷激活的蛋白激酶(AMP-activated protein kinase, AMPK)被認(rèn)為是神經(jīng)系統(tǒng)中調(diào)節(jié)能量平衡微環(huán)境的關(guān)鍵感應(yīng)及效應(yīng)分子,但AMPK在視皮質(zhì)神經(jīng)元中的作用尚未報(bào)道。AMPK是調(diào)控線粒體功能,調(diào)節(jié)細(xì)胞能量代謝的關(guān)鍵分子,與PGC-1α關(guān)系密切;另有證據(jù)顯示,AMPK可能是NRFs信號(hào)傳導(dǎo)通路中重要的上游激活分子。因此,AMPK信號(hào)通路可能是視皮質(zhì)神經(jīng)元興奮能量偶聯(lián)的關(guān)鍵信號(hào)途徑。 本課題擬通過對(duì)視神經(jīng)元興奮依賴性體內(nèi)和體外動(dòng)物模型的研究,采用細(xì)胞及分子生物學(xué)方法,探討AMPK,PGC-1α和NRFs信號(hào)在視皮質(zhì)神經(jīng)元興奮能量偶聯(lián)中的作用機(jī)制。旨在為闡明AMPK調(diào)控下游靶分子參與視覺系統(tǒng)可塑性的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制提供一些有意義的實(shí)驗(yàn)依據(jù),以期通過AMPK-NRFs通路為靶點(diǎn)進(jìn)行基因治療從而調(diào)節(jié)視皮質(zhì)神經(jīng)元細(xì)胞功能,為弱視及其它神經(jīng)發(fā)育功能不良(全)性疾病的防治提供思路。 研究目的 本研究的目標(biāo)是通過在體和離體實(shí)驗(yàn)研究,明確內(nèi)源性AMPK,PGC-1α和NRF-1在視皮質(zhì)神經(jīng)元興奮依賴性轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)與能量偶聯(lián)中的作用機(jī)制。包括: 1.觀察視皮質(zhì)神經(jīng)元興奮與線粒體功能之間的關(guān)系,明確視皮質(zhì)神經(jīng)元的興奮能量偶聯(lián),分析AMPK, PGC-1α和NRF-1在偶聯(lián)中的作用。 2.證明視覺剝奪引起的視皮質(zhì)神經(jīng)元損害是由于內(nèi)源性AMPK,PGC-1α和NRFs系統(tǒng)活性下降進(jìn)而導(dǎo)致線粒體氧化磷酸化功能下降所致。 3.通過在體實(shí)驗(yàn)研究,明確能否通過調(diào)節(jié)AMPK的活性保護(hù)視覺剝奪后線粒體的功能,改善視皮質(zhì)神經(jīng)元的能量代謝狀態(tài)。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果 1.體外培養(yǎng)大鼠視皮質(zhì)神經(jīng)元,采用KCl誘導(dǎo)神經(jīng)元去極化興奮,可興奮依賴性上調(diào)神經(jīng)元PGC-1α,NRF-1及mtTFA的mRNA和蛋白表達(dá)水平;并且,同時(shí)增強(qiáng)線粒體產(chǎn)生ATP的能力。 2.視皮質(zhì)神經(jīng)元興奮顯著提高細(xì)胞內(nèi)AMPK及其下游激酶ACC的磷酸化水平,提示神經(jīng)元興奮可以激活A(yù)MPK激酶活性。 3.另一方面,AMPK抑制劑Compound C可以有效阻斷視皮質(zhì)神經(jīng)元興奮依賴性的PGC-1α,NRF-1,mtTFA的表達(dá)水平以及ATP含量。 4.與之對(duì)應(yīng),AMPK的激動(dòng)劑,白藜蘆醇(Resveratrol)或AICAR,可顯著增加視皮質(zhì)神經(jīng)元內(nèi)ATP水平,并上調(diào)PGC-1α,NRF-1,mtTFA的表達(dá)水平。該作用可被Compound C所阻斷。 5.采用大鼠單眼視覺剝奪(Monocular deprivation, MD)在體模型研究發(fā)現(xiàn),視覺剝奪顯著損害對(duì)應(yīng)的視皮質(zhì)神經(jīng)元:導(dǎo)致神經(jīng)元線粒體腫脹,數(shù)量減少;神經(jīng)元內(nèi)ATP水平顯著降低。 6.定量檢測發(fā)現(xiàn),視覺剝奪顯著抑制了對(duì)應(yīng)的視皮質(zhì)神經(jīng)元AMPK的激酶活性和磷酸化水平;PGC-1α和NRF-1的表達(dá)水平也隨之降低。 7.更為重要的是,在體給予Resveratrol治療顯著增加神經(jīng)元線粒體數(shù)量,改善線粒體形態(tài);增加神經(jīng)元內(nèi)ATP水平;激活A(yù)MPK活性,上調(diào)PGC-1α和NRF-1的表達(dá),從而可以有效抑制視覺剝奪導(dǎo)致的視皮質(zhì)神經(jīng)元損害。 結(jié)論 1.視皮質(zhì)神經(jīng)元興奮與能量調(diào)節(jié)緊密偶聯(lián),而AMPK是興奮能量偶聯(lián)的關(guān)鍵分子。 2.AMPK介導(dǎo)視皮質(zhì)神經(jīng)元PGC-1α,NRF-1及其下游的mtTFA的興奮依賴性轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)。 3.AMPK對(duì)PGC-1α,NRF-1的調(diào)控在神經(jīng)元能量平衡中發(fā)揮關(guān)鍵作用,該信號(hào)通路功能失調(diào)可能是視覺剝奪導(dǎo)致的視皮質(zhì)興奮能量偶聯(lián)障礙的重要分子機(jī)制之一。 4.本研究首次發(fā)現(xiàn),保護(hù)AMPK信號(hào)途徑可以有效抑制視覺剝奪導(dǎo)致的視皮質(zhì)神經(jīng)元線粒體損害,改善視皮質(zhì)神經(jīng)元的能量應(yīng)答,為臨床防治弱視及其它相關(guān)病提供新的治療靶點(diǎn)。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：第四軍醫(yī)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：R77

【共引文獻(xiàn)】

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8 謝燕,江海洪,龔茜芬,張廣斌,余建華,余爭平;微波輻照對(duì)大鼠腦海馬和皮層神經(jīng)細(xì)胞線粒體超微結(jié)構(gòu)及mtTFA mRNA表達(dá)的影響[J];中華勞動(dòng)衛(wèi)生職業(yè)病雜志;2004年02期

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10 孫鵬;宋錦寧;陳景宇;李丹東;安吉洋;龐宏剛;趙永林;;大鼠蛛網(wǎng)膜下腔出血后腦組織脂連素受體表達(dá)和血清脂連素質(zhì)量濃度的變化[J];西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)(醫(yī)學(xué)版);2013年06期

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本文編號(hào)：2416699