苦马豆素对山羊海马的结构和功能的影响及机制

Locoweed has been becoming one of the most serious factors impairing production of livestock in grassland in our country. The toxic component in locoweed is known as swainsonine (SW). The main clinical signs induced by SW poisoning in livestock that are grazed with locoweed are involved in nervous system, including motor impairments and behavior abnormalities. Using hippocampus of goat we want to investigate the influence of SW on structure and function of central nervous system and elucidate the mechanism. Firstly, using immunohistochemistry, confocal microscope and electron microscope we will investigate which neural cell types are affected by SW poisoning and the influence of SW on morphological changes of neuronal dendrites, spines and synapses. Using Western-blot we will examine the influence of SW on the expression pattern of two kinds of mannosidase, glutamate receptors ,GABA receptors, presynaptic and postsynaptic proteins. Then, using organotypic slice culture and Patch-Clamp techniques we will investigate the influence of SW on electrophysiological parameters of neurons and LTP in hippocampus. Finally, using primary culture, construction and transfection of viral vectors we will analyze the role of lysosomal α-mannosidase and Golgi mannosidase II in neural toxicity of SW and their differences. According to the results of above studies we might elucidate the cellular and molecular mechanisms underlying the toxicity of SW on nervous system and supply theorical and experimental evidence to develop protective and treatment technology against locoism.

疯草已经成为影响我国草原畜牧业生产最严重的因素之一，其有毒成分为苦马豆素。家畜采食疯草引起的苦马豆素中毒主要表现为运动障碍和行为异常等神经系统症状。本项目拟以山羊的海马为模型，深入细致地研究苦马豆素对中枢神经系统结构和功能的影响及机制，主要研究内容包括：应用免疫组织化学、激光共聚焦显微镜和电镜观察苦马豆素中毒影响的细胞种类和对神经元树突、小棘和突触等结构的影响；应用Western-blot技术研究苦马豆素对两种甘露糖苷酶、谷氨酸及γ-氨基丁酸受体和突触蛋白表达的影响；应用器官型脑片培养和膜片钳等技术研究苦马豆素对神经元电生理特性和LTP的影响；应用神经元原代培养、病毒载体构建、转染等技术分析溶酶体甘露糖苷酶和高尔基体甘露糖苷酶II在苦马豆素对神经细胞毒性中的作用和差别。通过以上研究阐明苦马豆素对神经系统毒性作用的细胞和分子机制，为疯草中毒病防治技术的研究提供实验和理论依据。

疯草是影响我国草原畜牧业生产最严重的因素之一，其有毒成分为苦马豆素。家畜苦马豆素中毒主要表现为运动障碍和行为异常等神经系统症状。本项目深入细致地研究了苦马豆素对大脑中两个重要结构海马和嗅球的发育、结构和功能的影响及机制，主要研究内容包括：苦马豆素中毒对神经干细胞增殖、神经元迁移、神经元树突和轴突发育、小棘和突触形成的影响，通过以上研究阐明苦马豆素对神经系统毒性作用的细胞和分子机制，为疯草中毒病防治技术的研究提供了实验和理论依据。除了开展了以上与本项目直接有关的科研工作外，我们还利用该项目经费进行了大脑发育的细胞和分子机制研究及神经毒理学研究，也取得了一系列重要的研究结果，例如Fyn等信号链分子在大脑发育特别是神经元迁移中的作用和机制，百草枯和十溴二苯醚对神经系统的毒理学作用及机制。基于以上研究的结果共发表SCI学术论文13篇，其中10篇本项目基金为第一标注，2篇为第三标注，1篇为第四标注。在项目执行过程中培养研究生11名，其中9人已经毕业，其中有6人的毕业论文本基金项目为第一标注，1人为第二标注，2人为第三标注，另外，3名青年教师（在职博士后）参与了本项目的部分科研工作，有6名本科生的科研训练和毕业论文是以本项目为基础，超额完成了项目申请书中发表论文（6-8篇）和培养人才（6-9名研究生）的目标。项目人员在项目执行期间多次参加全国性毒理学、兽医学和神经科学会议并在会上给大家汇报本项目的实验结果并进行交流。本项目基本按照申请书的研究内容和计划实施，严格按照国家自然科学基金委员会的要求执行，各项预算未超支并略有结余。我们计划利用这部分经费直接到疯草比较严重的牧场做羊的苦马豆素中毒实验，在当地取材，取材完成后，回学校实验室进行后续实验，进一步研究苦马豆素对神经系统的影响，一方面培养人才，另一方面为本项目提供更多的科研成果。