自噬在大鼠创伤性脑损伤后作用的研究

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创伤性脑损伤(traumatic brain injury,TBI)是中枢神经系统中的一种常见急性疾病。目前为止,对创伤性脑损伤还没有一种被世界范围内认可的治疗方案。因此,寻找人类创伤性脑损伤后新的有效治疗策略是国际上多年来重点研究的目标,而针对创伤性脑损伤后继发性损伤的预防和治疗正是研究中的关键。自噬过程被证明与细胞的凋亡密切相关。细胞可以通过自噬回收损坏的蛋白质和细胞器以应对损伤和饥饿,也可能因为过度自噬而死亡。以往的研究表明,人类或动物在创伤性脑损伤后大脑皮质中存在自噬相关蛋白的改变。部分研究表明创伤性脑损伤后检测到自噬激活。然而,对于TBI后自噬过程是增强还是抑制仍存在争议。此外,以往的研究结论对自噬在创伤性脑损伤后神经细胞凋亡的作用也存在争议。现有研究探讨自噬在TBI中的作用依赖于调节自噬的非选择性药物,由于缺乏操纵自噬的高选择性药理学工具,限制性研究受到阻碍。本研究正是针对TBI后自噬的正调节因子PI3KC3/VPS34进行深入研究,运用新型的高选择性PI3KC3抑制剂SAR405以及自噬相关基因VPS34敲减手段,探究在创伤性脑损伤后自噬通量的变化及其机制,并研究揭示自噬在创伤性脑损伤中所起到得重要作用.
  目的:探究创伤性脑损伤后自噬信号通路的状态,并揭示自噬对创伤性脑损伤后神经细胞凋亡以及神经功能的影响。
  方法:将228只Sprague Dawley大鼠随机地分成假手术(Sham)组、TBI组、SAR405药物注射组、VPS34基因敲减组、以及相应的对照组(生理盐水或DMSO注射组)。使用控制性皮质损伤装置(controlled cortical impact,CCI)制造TBI大鼠模型。使用AD-GFP-LC3转染大鼠神经细胞,标记LC3以检测自噬状态,结合蛋白免疫印迹技术检测自噬及凋亡相关蛋白水平。采用透射电子显微镜(transmission electron microscope,TEM)以观察自噬小体形态和数量,采用免疫荧光染色技术,检测脑皮质中自噬及凋亡相关蛋白的表达,采用改良大鼠神经功能缺损评分(mNSS)评价大鼠神经功能。使用自噬抑制剂SAR405以及VPS34siRNA抑制自噬通路以探究自噬在TBI后的作用。
  结果:我们发现损伤皮质组LC3-Ⅱ和SQSTM1蛋白水平明显升高。然而,作为自噬启动子的VPS34、Beclin-1和磷酸化ULK1的蛋白水平没有显著差异。颅脑损伤后溶酶体功能障碍可能导致自噬小体积聚。此外,给予高度特异的自噬抑制剂SAR405可减少TBI诱导的凋亡相关蛋白caspase-3和caspase-9在同侧皮质的裂解水平,以及mNSS引起的脑水肿和神经功能缺损。此外,氯喹处理通过增加自噬小体的积累逆转了SAR405的有益作用。最后,我们的数据显示,通过VPS34基因敲除方法抑制自噬可以减轻脑外伤后的细胞死亡。
  结论:中度创伤性脑损伤后自噬降解阶段受损导致自噬小体积累,这可能是溶酶体功能障碍造成的。抑制自噬小体生成有助于减轻TBI后神经细胞凋亡和神经功能缺陷。
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