PI3K/Akt/GSK3β信号转导通路在锰致神经细胞凋亡中的作用

环境锰污染被认为是帕金森病的环境致病因子之一，锰的神经毒性研究日益受到学者关注。神经细胞凋亡引起的多巴胺能神经元缺失为锰神经毒作用的主要原因之一，PI3K/Akt/GSK-3β通路激活可以减少海马神经元和神经胶质细胞的死亡。本课题组前期研究发现，锰染毒可使神经细胞凋亡发生率增加，同时锰可诱导GSK-3β蛋白表达升高，这提示GSK3β信号通路可能与细胞凋亡的发生存在密切联系。本研究拟通过PI3K/Akt/GSK-3β通路的激动剂（IGF-1与吡咯喹啉）和特异性抑制剂（LY294002与wortmannin）预处理，来观察锰染毒后该通路及其下游分子与神经细胞凋亡中的相关关系，探讨锰诱导的神经细胞凋亡是否通过改变该信号通路状态及具体机制。以期为进一步阐明锰的神经毒作用机制以及探寻新的生物标志物与防护措施提供思路和理论依据。

环境锰污染被认为是帕金森病的环境致病因子之一，人体长期过量暴露于锰环境中，可造成锰在富含多巴胺能神经元的基底神经节的蓄积，引起锥体外系损伤，从而出现帕金森样神经病理表现。神经细胞凋亡引起的多巴胺能神经元缺失为锰神经毒作用的主要原因之一。本研究从PI3K/Akt/GSK-3β通路着手，利用该通路的激动剂吡咯喹啉醌（PQQ，100nM预处理1h）和抑制剂（LY294002, 10μM预处理1h）预处理神经母细胞瘤细胞系SH-SY5Y，观察不同剂量锰（0，0.5，1，2，4mmol/L）染毒后PI3K/Akt/GSK-3β通路的变化情况及细胞凋亡相关因子的表达情况。PI3K/Akt/GSK-3β通路激活可以减少海马神经元和神经胶质细胞的死亡。研究结果显示，利用Annexin-V-FITC标记的方法流式细胞术检测凋亡，SH-SY5Y细胞染毒以后，与生理盐水对照组相比，Mn2+ 0.5mM、1.0mM、2.0mM和4.0mM组细胞凋亡率上升，差异有统计学意义(P<0.05)。Western-blot技术蛋白表达结果显示，PI3K-p85蛋白含量随锰染毒剂量的升高而逐渐降低，呈负相关关系(P<0.05)， 而PI3K-p110表达与锰染毒剂量增加无相关关系(P>0.05)；GSK-3β在Mn2+ 2.0mM和4.0mM组染毒细胞中表达增加，与对照组相比有显著性差异(P<0.05)；随着锰染毒剂量的升高，bcl2/Bax比值呈降低趋势，Mn2+ 0.5mM、1.0mM、2.0mM和4.0mM组与生理盐水对照组相比有显著性差异(P<0.05)；叉头框蛋白O3a(forkhead box protein O3a, FoxO3a)和磷酸化mTOR的表达与锰染毒剂量呈正相关；随着锰染毒剂量的升高，细胞线粒体琥珀酸脱氢酶（SDH）、单胺氧化酶A(MAO-A)、细胞线粒体Na+-K+ ATP酶和Ca2+-Mg2+ ATP酶活性降低，呈剂量反应关系；PQQ预处理SH-SY5Y细胞1小时后，在同一浓度锰染毒条件下，细胞线粒体琥珀酸脱氢酶（SDH）、单胺氧化酶A(MAO-A)、细胞线粒体Na+-K+ ATP酶和Ca2+-Mg2+ ATP酶活性相应增加；LY294002预处理SH-SY5Y细胞1小时后，在同一浓度锰染毒条件下，细胞线粒体琥珀酸脱氢酶（SDH）、单胺氧化酶A(MAO-A)、细胞线粒体N