《PI3K/AKt和Nrf2/ARE信号通路在氢气抗脑缺血/再灌注损伤中的作用及机制研究》

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课题来源与背景:该课题来源于2013年国家自然科学基金地区科学基金资助项目,项目编号:81260206。主要研究背景为:近年来部分研究证实,氢气对不同程度的脑I/R损伤可能具有保护作用,但具体机制不清。研究目的与意义:该课题通过采用包括局灶性及全脑缺血/再灌注损伤模型,通过TTC染色、尼氏染色、免疫组化、高尔基染色、荧光显微镜、TUNEL、Western blot以及水迷宫等实验技术和方法,从整体、细胞及分子生物学水平拟证实氢气吸入对大鼠脑I/R损伤能否起到明确的保护作用,并探讨其可能机制,明确PI3K/Akt信号转导通路及转录因子Nrf2/ARE信号传导通路在氢气选择性抗氧化及抗细胞凋亡机制中的作用,从而为氢气临床应用于缺血性脑卒中的治疗提供理论和实验依据。主要论点与论据:通过该课题的实施,最终课题证实了氢气可通过抗炎、抗氧化、抗细胞凋亡等机制对脑缺血/再灌注损伤产生明确的保护作用并取得重要研究成果,主要论点及论据如下:I课题证实了再灌注同时吸入氢气可通过激活Nrf2/ARE信号通路提高SOD及HO-1的表达降低MDA的表达以及通过抑制I/R后小胶质细胞的激活与活化等机制发挥抗氧化应激及抗炎症反应的作用。II课题证实再灌注同时吸入氢气或静脉注射氢气饱和生理盐水对脑I/R损伤大鼠的神经细胞凋亡可产生明显抑制作用,其机制可能与激活PI3K/Akt/ GSK-3β信号转导通路稳定线粒体膜电位水平、抑制mPTP的开放,同时增加pAkt及pGSK-3β水平,进而上调内质网GRP78蛋白表达并下调Caspase-12蛋白表达,抑制脑I/R后过强的ERS促进内质网功能恢复,同时通过上调抗凋亡蛋白Bcl-2的表达及下调促凋亡蛋白Bax及Caspase-3的表达等机制抑制神经细胞凋亡,减轻大鼠脑梗死面积,改善大鼠脑I/R后的神经功能缺损评分。III课题证实再灌注同时吸入氢气可明显改善大鼠脑I/R后的学习记忆功能,其机制可能与氢气能够抑制I/R后炎症反应、氧化应激及神经细胞凋亡进而保护神经元及神经元树突棘的结构及功能等有关。IV课题证实再灌注同时腹腔注射氢气对大鼠局灶性脑缺血再灌注损伤后线粒体自噬可能具有一定的调节作用。氢气可能通过上调PINK1/Parkin通路介导的线粒体自噬水平变化对脑I/R损伤产生一定的保护作用。创见与创新:该课题采用大鼠局灶性及全脑I/R损伤两种模型,通过系统观察氢气对大鼠脑I/R后神经功能变化、脑梗死程度、氧化应激指标(SOD,MDA)、神经细胞凋亡及凋亡相关蛋白(Bcl-2,Bax,Caspase-3)的表达以及PI3K/Akt和Nrf2/ARE信号通路关键蛋白(p-Akt,p-GSK-3β,Nrf2,HO-1)的表达以及内质网应激反应和线粒体功能(线粒体膜电位水平、mPTP)等的影响;同时首次采用高尔基染色检测氢气对大鼠脑I/R损伤海马CA1区锥体神经元树突棘数量以及对小胶质细胞表达的影响等的深入研究,探讨了氢气对大鼠脑I/R损伤的保护作用及其信号转导机制,证实了氢气可能通过激活PI3K/Akt信号通路稳定线粒体膜电位水平、抑制mPTP的开放并通过调控下游内质网应激相关蛋白(GRP78,Caspase-12)及凋亡相关蛋白和激活转录因子Nrf2/ARE信号转导通路调控下游相关抗氧化酶和Ⅱ相酶(SOD,HO-1)的表达发挥选择性抗氧化和抗细胞凋亡等作用。同时课题证实再灌注同时吸入氢气对大鼠局灶性脑缺血再灌注损伤后线粒体自噬可能具有一定的调节作用。氢气可能通过上调PINK1/Parkin通路介导的线粒体自噬水平变化对脑I/R损伤产生一定的保护作用。社会经济效益,存在的问题:该课题完成后共发表相关研究论著8篇,课题研究结果及结论为进一步探索氢气对疾病治疗的相关机制进行了有益的补充,在国内外对氢气的相关研究起到了一定的推动作用。氢气在临床中的实际应用已有部分文献报道,并且已经证实其在糖尿病、高脂血症、动脉粥样硬化等临床病人中具有明确的抗氧化、抗应激及抗细胞凋亡等特性,但其具体机制尚不完全清楚,相关的临床研究也相对较少,其临床推广尚未大规模展开,与真正的临床实际应用尚存在一定的差距,由于该课题尚属于基础性研究,课题相关研究成果尚未在临床进行推广应用。在研究成果的传播方面,该课题仅主要以论文的方式进行,对氢气相关的实验及临床研究应该均具有较好的借鉴价值。随着氢气生物学机制的逐步深入研究,相信在不久的将来,氢气的临床应用将会逐渐得到推广和应用。历年获奖情况:无。

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