NADPH氧化酶在苯丙酮尿症脑损伤中的作用及其上游调控机制研究

苯丙酮尿症(PKU)是最常见的氨基酸代谢障碍性遗传病，因苯丙氨酸羟化酶缺陷导致苯丙氨酸及其代谢物在体内堆积，引起脑损伤，患者出现智能落后。PKU的异常代谢物致脑损伤的确切机制尚未阐明。本课题组采用基因芯片技术研究高苯丙氨酸诱导神经元基因表达谱，发现蛋白激酶C(PKC) 和NMDA受体表达上调。进一步研究发现在单核细胞及神经元中，PKC能上调细胞浆内的NADPH氧化酶（NOX）的表达与活性，进而催化活性氧生成增加。NMDA受体可通过激活NOX 间接引起细胞内活性氧生成增加。NMDA受体激活能触发钙离子大量内流，后者是NOX 激活的强烈刺激因素。本课题将通过测定PKU小鼠大脑皮层神经元活性氧生成以及NOX的表达和活性情况，研究NOX 在PKU脑损伤中的作用，并在体外用p47phox-/-基因敲除的神经细胞进一步验证NOX在高苯丙氨酸致神经细胞损伤中的作用,并探讨其上游分子调控机制。

苯丙酮尿症(Phenylketonuria，PKU)是儿科最常见的一种氨基酸代谢障碍性遗传病。苯丙氨酸（phenylalanine，Phe）及其代谢物致PKU机体损伤的确切机制尚未阐明，近年来氧化应激机制正成为PKU的研究热点。揭示其氧化应激及氧化性损伤的分子机制，不但有助于疾病防治，而且为新型阻断剂的发现及药物治疗细胞损伤提供新思路。.烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶（NOX）是一个多亚基酶复合体，是内源性活性氧（reactive oxygen species，ROS）的主要来源。NOX通过与其他ROS生成体系构成调控网络相互作用在启动和整合氧化还原信号中发挥重要作用。.我们课题组探讨了NOX参与PKU实验模型（PKU基因敲除小鼠）脑损伤的病理机制。通过在体和神经细胞培养得到如下结论：1. NOX参与了PKU病理生理过程，PKU小鼠大脑皮层中超氧阴离子的重要来源, 促进氧化应激发生。2. 高浓度苯丙氨酸能通过刺激NADPH 氧化酶的过度表达、增强其活性引起皮层神经元内超氧阴离子生成增加。3. NOX来源的超氧阴离子参与高浓度苯丙氨酸诱导的皮层神经元凋亡过程。.同时课题组进一步深入探讨PKU基因敲除小鼠血液中的氧化应激反应及NOX的表达变化，并且采集PKU患者的血液分离单个核细胞并进行细胞培养，分析各种氧化应激指标和血细胞中NOX的变化，从动物和临床实验两方面检测NOX表达和氧化应激指标变化。同时我们进行了动物模型基因芯片表达谱检测，从而证实NOX是PKU患者血液中活性氧的重要来源，Phe是刺激NOX表达与激活的重要蓄积底物，进一步揭示PKU氧化应激机制中NOX的分子调控作用，并且发现NOX的变化与白细胞跨内皮细胞信号传递途径和细胞黏附分子途径有关。因此，阻断NOX/超氧阴离子通路可能是抑制苯丙氨酸毒性作用的潜在干预策略。.本研究采用苯丙酮尿症小鼠模型和临床患者，首次证实高浓度苯丙氨酸能诱导NOX的过度表达，并增强其活性，进而引起超氧阴离子生成增加，促进氧化应激，继而引起PKU的氧化损伤。首次提出NOX来源的超氧阴离子参与了苯丙氨酸诱导神经元凋亡过程。活性氧清除剂和NOX抑制剂可减弱苯丙氨酸诱导的超氧阴离子增加程度，减少细胞凋亡。这一发现对于进一步理解PKU 的病理生理及疾病防治可能具有重要的理论价值与临床意义。