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Hemojuvelin是在研究青少年血色病时发现的,但迄今为止,医学界还没有有效的治疗青少年血色病方法,在一定程度上是因为对确切机制还不清楚。随着人们生活水平的日益提高,高铁饮食与许多代谢综合征的发生密切相关,铁代谢紊乱也会对相关器官功能产生严重影响,铁稳态失衡导致的许多疾病正严重威胁着人们的健康。虽然目前一些研究发现了脑铁异常沉积与认知功能障碍密切相关,但是Hemojuvel in基因引起学习记忆和运动耐力的影响还未见报道,并且具体机制尚不明确。本研究对成年雄性WT小鼠和KO小鼠采用行为学测试方法,并结合western blot、real-time PCR、免疫组织化学技术,研究hemojuvelin基因对小鼠学习记忆及运动耐力的影响。目的是获得hemojuvelin基因影响小鼠学习记忆和有氧运动耐力的变化特征和可能的分子机制,并为脑铁异常沉积和肌肉相关疾病的治疗措施提供新的候选药物及分子靶点。本研究首先观察到hemojuvelin基因严重影响了小鼠的学习记忆能力,触发了海马和前额叶组织内的细胞凋亡。然后我们又发现hemojuvelin基因影响了小鼠的有氧运动耐力以及激活了小鼠腓肠肌内TGF-β1/Smad3信号通路。研究结果具体如下:1.hemojuvelin基因影响了小鼠的识别记忆和空间参考记忆在新物体识别实验中,发现WT小鼠探索新旧物体的偏爱指数存在明显差异,而KO小鼠探索新旧物体的偏爱指数没有明显差异;在Morris水迷宫实验中,KO小鼠和WT小鼠的潜伏期随训练天数增加都逐渐缩短,第4天和第5天的潜伏期显示,KO小鼠的潜伏期明显长于WT小鼠;KO小鼠在原平台象限时间比率比WT小鼠显著降低,穿越平台次数也比WT小鼠明显减少,结果表明hemojuvelin基因损伤了 KO小鼠的识别记忆和空间参考记忆。2.hemojuvelin基因触发了小鼠海马和前额叶组织内的细胞凋亡western bolt结果显示,KO小鼠海马和前额叶神经元细胞Bax/Bcl-2比率都显著高于WT小鼠。Real-time PCR结果显示,KO小鼠海马神经元细胞Bax mRNA表达相比WT小鼠有增高趋势,无显著性差异,但是Bcl-2 mRNA表达水平明显降低;KO小鼠前额叶神经元细胞Bax mRNA表达水平相比WT小鼠显著增高,Bcl-2 mRNA表达水平明显降低。3.hemojuvelin基因影响了小鼠的运动耐力小鼠的运动耐力测试结果显示,WT组小鼠平均运动距离和运动时间都比KO组小鼠长,提示Hemojuvelin基因影响了 KO小鼠有氧运动耐力4.hemojuvelin基因诱导了腓肠肌和比目鱼肌内慢肌纤维相关蛋白Troponin I-SS表达减少和快肌纤维相关蛋白Troponin I-FS表达增加western bolt结果显示,在小鼠腓肠肌中,与WT组小鼠相比,KO组小鼠Troponin-I SS的表达量显著下降,Troponin-I FS的表达量呈增高趋势;在小鼠比目鱼肌中,与WT组小鼠相比,KO组小鼠Troponin-I SS的表达量呈下降趋势,Troponin-I FS的表达量呈增高趋势。5.hemojuvelin基因诱导了慢肌纤维表达减少和快肌纤维表达增加real-time PCR结果显示,在腓肠肌中,与WT组小鼠相比,KO组小鼠的 MHC-Ⅰ、MHC-Ⅱa 和 MHC-Ⅱd mRNA 表达量均显著降低,MHC-Ⅱb mRNA表达量显著升高;在比目鱼肌中,与WT组小鼠相比,KO组小鼠的MHC-Ⅰ、MHC-Ⅱa和MHC-Ⅱd mRNA表达量均呈降低趋势,MHC-Ⅱb mRNA表达量显著升高。免疫组织化学结果显示,与WT组小鼠相比,KO组小鼠腓肠肌中MHC-Ⅱa亚型肌纤维含量显著减少,MHC-Ⅱb亚型肌纤维含量显著增加,而MHC-I亚型和MHC-Ⅱd亚型则没有明显变化。6.hemojuvelin基因诱导了腓肠肌内TGF-β 1/Smad3信号通路激活western bolt结果显示,与WT组相比,KO组中的TGF-β 1、TβRⅡ、p-Smad3和p-Smad2表达明显增高,而p-Smad1/5/8和Smad1/5/8的表达变化不明显,提示了 hemojuvelin基因诱导了腓肠肌内TGF-β 1/Smad3信号通路激活。7.体外培养成肌细胞C2C12干涉Hemojuvelin后,TGF-β 1/Smad3信号通路激活western bolt结果显示,与ConsiRNA组相比,HJVsiRNA组中的HJV表达明显减少,而TGF-β1、TβRⅡ、p-Smad3和p-Smad2表达明显增高,而p-Smad1/5/8和Smad1/5/8的表达变化不明显,提示了干涉hemojuvelin后,诱导了C2C12细胞内TGF-β 1/Smad3信号通路的激活。上述研究结果表明,Hemojuvelin基因损伤了小鼠的识别记忆和空间参考记忆,触发了小鼠海马神经元细胞和前额叶神经元细胞过度凋亡,这可能是损伤小鼠学习记忆功能的分子机制之一;Hemojuvelin基因导致小鼠的运动耐力下降,诱导了骨骼肌慢肌纤维向快肌纤维类型的转变,是小鼠有氧运动耐力下降的直接原因,而Hemojuvelin基因诱导小鼠腓肠肌内TGF-β1/Smad3信号通路激活,是影响小鼠有氧运动耐力的分子机制之一。