癫痫大鼠海马线粒体生物合成调控机制的探讨

线粒体功能异常参与癫痫的病理过程，而在多种应激反应中线粒体生物合成的激活已被证实可有效地保护线粒体功能。经过我们前期研究发现，在急、慢性癫痫动物模型中，海马线粒体生物合成呈现不同的变化：急性期线粒体生物合成有代偿性增高的趋势，慢性期却呈现出降低的趋势：线粒体DNA无法维持正常拷贝量、线粒体相关基因转录翻译水平下降、氧化呼吸链功能下降,因而线粒体生物合成能力下降可能是慢性癫痫线粒体异常的重要原因。由于线粒体生物合成主要通过转录机制调控，因此慢性期线粒体生物合成的某种负性转录调节机制可能在癫痫的发病及进展中起重要作用。我们采用基因芯片技术检测急、慢性癫痫大鼠海马差异表达的线粒体相关基因，通过基因库检索、正确的统计分析，确定这些差异基因共有的关键调控序列及上游相应的关键调控因子，经过体内体外实验的验证，明确该调控因子在癫痫发病中的意义，从而在转录水平深入探索癫痫发病机制、寻求抗癫痫治疗的新靶点。

癫痫发作能造成线粒体基因组氧化损伤及超微结构受损导致其功能下降，而线粒体功能的异常是神经元损伤的重要机制之一。线粒体生物合成作为调节线粒体功能的一种有效的代偿机制，其意义重大。为此，本课题建立氯化锂-匹鲁卡品大鼠癫痫模型模拟人类颞叶癫痫，探讨癫痫发作后海马神经元损伤的病理组织学特征；检测慢性癫痫模型中海马线粒体生物合成的状态；检测慢性癫痫大鼠海马线粒体生物合成的调控机制，从而深入研究癫痫的发病机制并为癫痫的治疗提供可能的新靶点。本研究结果发现：1、慢性癫痫大鼠模型中，线粒体基因组编码的蛋白质表达水平，如COX1，ND1的表达水平明显降低，mtDNA拷贝量明显下降，线粒体的数目无明显变化，但线粒体超微结构存在不同程度的损伤，提示反复痫性发作可致海马线粒体生物合成呈现抑制状态，可能是癫痫发作后神经元损伤及线粒体功能异常的重要机制；2、反复的癫痫发作使得线粒体生物合成的调控因子PGC-1a，NRF-1及Tfam的mRNA及蛋白水平呈现代偿性增高，但是与对照组相比转录因子Tfam的转录活性显著降低，说明反复的癫痫发作可能通过某种机制抑制了线粒体转录因子的转录活性，从而使得代偿性的线粒体保护机制-线粒体生物合成呈现抑制状态；3、无镁诱导大鼠海马神经元癫痫模型中，PARP-1被过度激活，导致AIF由线粒体向细胞核内转位，神经元大量死亡，而PARP-1抑制剂DPQ通过激活PI3K/Akt/GSK3β信号通路，抑制AIF向细胞核的转位，减少神经元死亡，发挥了细胞保护作用，表明在体内癫痫模型中，线粒体还是调控神经元生存状态的重要环节，和线粒体生物合成状况共同影响细胞乃至机体的生物学功能。