ITPKA/IP4与PI3K/AKT信号途径交互调控NBCs活性引发脑缺血再灌注迟发性神经元死亡机制研究

Metabolic acidosis plays a key role in ischemia reperfusion (I/R) induced hippocampus neuron delayed neuronal death (DND), while its detail mechanism remains obscure. We demonstrated that PIP2 activated NBCe-A directly and NBCe-B/C through a IP3/Ca2+ mediated mechanism. Recently we identified that IP4, a 3-position phosphorylated IP3 derivate by IP3-3 Kinase A (ITPKA), was an effective activator of NBCe-C，and I/R augmented NBCe currents in hippocampus CA1 neurons. IP4 negatively regulated PI3K/AKT by competing with PIP3 binding, which reduced the capacities for cell to against apoptosis /autophagy, meanwhile the activation of ITPKA requires PI3K/AKT. We hypothesis that ITPKA/IP4 and PI3K/AKT signal pathways interactively regulating NBCe might contribute to sodium over influx and calcium homeostasis imbalance during brain I/R injury. Blockage of NBCs would protect neuron from I/R injury. The results of the proposed studies will enhance our understanding of NBCs and other NBCBTs in the CNS following ischemia. This knowledge will be beneficial for developing a more effective approach to stroke treatment.

酸中毒在I/R损伤神经元迟发性死亡(DND)中具有重要意义，钠/碳酸氢根共转运体（NBCs）可通过“pH调控性钠内流”导致“钙稳态”失衡。前期研究发现PIP2可直接激活NBCe1-A(PNAS, 2009), 对NBCe1-B/C则需IP3/[Ca2+]下游某些激酶参与（J Physiol， 2012），最近观察到ITPKA激酶的作用，并确认IP4为激活终产物；同时I/R损伤后CA1神经元NBCe 电流异常增强。IP4可竞争PIP3下调PI3K/AKT活性，抑制细胞抗凋亡/自噬机制，而ITPKA的激活则需要PI3K/AKT参与。我们推测这种交互调控在激活NBCs、引起“钙稳态”失衡并触发细胞死亡中具有重要意义。本申请拟通过研究上述途径及“钙稳态”失衡在I/R损伤中的意义，探讨NBCs抑制剂在预防海马DND中的价值，为预防和治疗缺血性心脑血管疾病寻找新的切入点。

缺血性脑卒中临床治疗常并发神经功能障碍和神经行为异常加重，即“缺血再灌注损伤（I/R）”。I/R引起ATP生成障碍，Na+-K+-ATP酶活性降低，导致钠潴留，反转钠钙交换器，触发钙超载。钠碳酸氢根协同转运体（NBC）是调节机体pH的主要机制，既往研究发现I/R时，NBC功能增强。S0859选择性抑制NBC活性，而ITPKA抑制剂BAMB-4，干扰AKT/ITPKA信号通路抑制NBC功能。本项目在I/R中给予S0859和BAMB-4干预，观察NBC在I/R中的作用，以及AKT/ITPKA信号通路对NBC表达和功能的调控作用，探究NBC抑制对迟发性神经元死亡以及神经元功能的影响机制。.研究发现：1）沙鼠全脑缺血可引起海马CA1区神经元迟发型死亡，兴奋性降低，NBCe1表达增加，电流密度增强；行为学研究发现海马CA1依赖的记忆提取功能受损。S0859干预显著缓解海马椎体神经元的迟发型死亡和凋亡率，提高I/R沙土鼠的空间学习记忆能力； 2）在体研究中观察到胶质细胞活化和浸润，S0859干预可显著抑制胶质细胞活化；离体神经炎症模型中也发现S0859降低细胞炎性因子的表达以及活性氧的产生。3）I/R中，紧密连接蛋白降解，血脑屏障通透性增加，而S0859干预后紧密连接蛋白的降解显著减少，血脑屏障功能障碍得以缓解； 4）在离体氧糖剥夺条件下，AKT/ITPKA信号通路显著激活，且ITPKA通路的激活晚于AKT通路，MK-2206抑制AKT，pITPKA的表达也显著下降，提示ITPKA受到AKT的调控；应用MK-2206，神经元产生活性氧增多，而应用BAMB-4后神经元活性氧产生显著减少，提示AKT/ITPKA参与调控缺血再灌注损伤。.研究表明S0859和BAMB-4可以显著改善I/R导致的脑损伤，可望为临床脑卒中治疗提供新的靶点和治疗思路。