聚腺苷二磷酸核糖与癫痫致线粒体功能损伤的机制研究

癫痫严重危害人类健康，研究发现癫痫与神经元线粒体损伤关系密切，但相关的分子机制仍未阐明。聚腺苷二磷酸核糖(PAR)参与蛋白修饰及细胞损伤，其代谢相关的聚腺苷二磷酸核糖多聚酶(PARP)和聚腺苷二磷酸核糖水解酶(PARG)在脑损伤中发挥重要作用。新近研究表明，PARP不仅参与细胞死亡，其催化形成的PAR也不仅仅是简单的中间代谢产物，PAR可修饰多种蛋白甚至直接作用于线粒体，引起后者结构和功能改变，该过程被表达于线粒体的PARG调节。申请人研究发现，反复癫痫发作可造成大鼠神经元线粒体功能异常，且伴有PAR大量生成，导致神经元线粒体蛋白凋亡诱导蛋白释放及神经元死亡。这提示，PAR代谢异常很可能是线粒体功能障碍及癫痫形成的重要机制之一。本项目拟应用神经细胞、成体动物癫痫模型，采用药物阻断、siRNA等手段探讨PAR代谢对神经元线粒体功能的影响，探讨癫痫的发病机制及寻求新的治疗靶点。

课题组成功建立并评价无镁诱导体外新生大鼠海马神经元癫痫放电模型和海藻氨酸或匹鲁卡品诱发的大鼠颞叶癫痫模型。研究发现癫痫发作可激活PARP及PARG。PARP抑制剂能够抑制AIF从线粒体到细胞核的转位，且此过程可能与PI3K/Akt信号通路有关。PARG抑制剂单宁酸也可通过抑制AIF由线粒体向细胞核转位发挥神经元保护作用。课题组发现，环孢素明显抑制癫痫大鼠海马组织线粒体膜通透性转换，增加癫痫大鼠海马组织线粒体呼吸链复合物I活性及ATP的含量，发挥神经保护作用。PARP抑制剂增加细胞色素C 和ATP5c mRNA的表达。SIRT与PARP共同调节细胞内NAD浓度，影响细胞的线粒体功能。课题组研究发现，无镁诱导大鼠海马神经元癫痫放电后，NAD浓度降低，SIRT1、SIRT3的蛋白表达水平无变化，但SIRT1活性明显下降。外源性NAD可减少癫痫后神经元凋亡，抑制PARP-1介导的AIF线粒体-核转位。SIRT1活性降低与癫痫诱发的PARP-1介导的神经元凋亡有关。SIRT1激动剂可增强过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因-1及线粒体抗氧化应激蛋白的表达。SIRT1还参与调节神经元线粒体呼吸链复合物I活性及ATP含量。课题组研究还发现，PARG抑制剂及SIRT1激动剂可显著降低致痫大鼠海马组织白细胞介素1β、肿瘤坏死因子α蛋白表达。SIRT1激动剂减轻癫痫后炎症反应与mTOR信号通路有关。.课题组达到预期研究目标，今后可进一步探讨聚腺苷二磷酸核糖代谢酶或SIRT与慢性癫痫形成的关系及相关机制。