基于PKA/ERK/CREB信号通路研究Arc参与DSS改善慢性脑缺血大鼠学习记忆的影响

Arc, a specific early gene effector, plays a critical role in learning and memory. Activation of ERK, modulated by PKA and leading to phosphorylation of CREB, can stimulate the gene expression of early genes. Recently, it was reported that activation of CREB could induce the expression of Arc and modulating the nerve synaptic plasticity. Our previous study showed that 3-daidzein sulfonate sodium (DSS) exhibited protective functions on cerebral ischemia in several aspects. Treatment of DSS, the expression of Arc was enhanced in brain tissue. It promotes us to hypothesis that DSS could modulate the Arc expression through PKA/ERK/CREB signaling pathway, which enhancing the activity of learning and memory after cerebral ischemia injury. To prove it, the chronic cerebral ischemia model in vivo and in vitro will be established and observed the effect of DSS on improving the rat learning and memory and the expression of Arc in hippocampal neurons after cerebral ischemia injury. The protein expressions of PKA, ERK, and CREB are also determined. This program will discover the mechanism of DSS on improving learning and memory after cerebral ischemia diseases, which provide the theory basis for discovery new drugs for neurological rehabilitation.

活性调节细胞骨架蛋白（Arc）是一种独特的即早基因效应子，在学习记忆过程中起核心作用。ERK被激活后可启动即早基因转录，PKA可直接或经ERK引起CREB磷酸化。最新研究表明，CREB激活可诱导Arc的表达调节神经元的突触可塑性。项目组前期证实3'-大豆苷元磺酸钠(DSS)可从多个环节对大鼠脑缺血起保护作用，DSS治疗后脑组织Arc表达增高。我们推测DSS可能通过PKA/ERK/CREB途径影响Arc的表达，改善脑缺血损伤后的学习记忆。为证实这一假说，我们将复制在体和离体慢性脑缺血模型，运用RT-PCR、Western-blot、免疫荧光等技术，从在体和离体水平观察DSS对脑缺血大鼠学习记忆的改善作用及Arc在海马神经元的表达，检测海马神经元PKA、ERK、CREB蛋白的表达及磷酸化水平。本项目将揭示DSS改善缺血性脑血管疾病引起学习记忆障碍的机制，为开发脑神经康复治疗药物提供理论依据。

活性调节细胞骨架蛋白（Arc）是一种独特的即早基因效应子，在学习记忆过程中起核心作用。ERK被激活后可启动即早基因转录，PKA可直接或经ERK引起CREB磷酸化，磷酸化的CREB诱导Arc表达在调节神经元的突触可塑性形成中起重要作用。项目组前期证实3'-大豆苷元磺酸钠(DSS)可从多个环节对大鼠脑缺血起保护作用，我们推测DSS可能通过PKA/ERK/CREB途径影响Arc的表达，改善脑缺血损伤后的学习记忆障碍。我们通过建立大鼠2VO模型，采用水迷宫实验证实了DSS对大鼠学习记忆障碍的改善作用，利用苏木精-伊红染色和TUNEL实验观察到DSS能减轻大鼠海马CA1、CA3和DG区的神经元损伤并减少了神经元凋亡。Western blot分析结果表明，DSS可增加大鼠海马组织中p-PKA、p-ERK1/2和p-CREB的水平。我们运用体内2VO模型和体外OGD模型检测了DSS给药后海马和原代培养海马神经元中Arc的表达，并进行了行为学实验以探讨Arc在DSS介导的CCH诱导的神经保护作用。结果表明，DSS在体内和体外均能提高海马Arc表达，Arc敲除能减少海马神经元的密度和增加神经元的凋亡。进一步的实验证实，Arc过表达可增强和Arc敲低抑制了DSS对2VO诱导的认知障碍的保护作用。DSS在体外恢复了神经元OGD介导的PKA、ERK1/2和CREB磷酸化的减少，PKA和ERK1/2抑制剂阻止了DSS介导的对神经元凋亡和OGD诱导的Arc下调的作用。因此，DSS可通过PKA/CREB和ERK/CREB信号通路激活的Arc上调，保护慢性脑缺血的认知障碍和海马损伤。我们的研究初步揭示了DSS改善缺血性脑血管疾病引起的学习记忆障碍的神经生物学机制，为开发脑神经保护及康复治疗的药物提供了理论依据。