Beclin 1介导的自噬在慢性砷暴露所诱导的学习记忆损伤中的作用研究

近年来随着全球工农业的发展，环境中砷污染与日俱增，各地因砷而发生的灾害事件屡见不鲜。我国作为全球高砷地区的密集国家，砷污染的中毒事件也频繁发生。研究发现，儿童在生长发育期遭受慢性砷暴露，可以损伤学习记忆能力。 据我们推测，砷损伤青少年儿童的学习记忆能力可能与Beclin 1介导的自噬水平的变化有关。本研究通过人群流行病学调查，发现慢性砷暴露对青少年儿童学习记忆能力的影响，进一步建立生长发育期砷染毒的动物模型和细胞模型，采用Morris水迷宫、免疫荧光、Western blot、RT-PCR、激光共聚焦、免疫杂交等技术，从整体水平和细胞水平分别研究海马神经元中Beclin 1介导的自噬水平的改变在砷诱导的学习记忆损伤中的作用及其分子机制，明确通过Beclin 1调控自噬水平的改变对于砷损伤学习记忆的保护作用，为进一步研究砷损伤学习记忆的分子机制、有效地防治措施，提供新的思路和理论依据。

砷广泛分布于自然界中，其化合物多数是环境毒物。我国高砷地区面积较大，目前饮用高砷水的人口已达300万，确诊为慢性砷中毒的患者达到3万。砷对人体可产生多器官、多系统、全身性的毒性，且具有致癌性。神经系统是砷毒性的主要靶点之一。流行病学研究发现：砷暴露可对儿童学习记忆产生损害作用，但其分子机制和关键靶点并不清楚。所以，砷暴露所导致脑功能损伤的防治是我国面临的一个重要的公共卫生问题。本项目通过建立亚慢性砷暴露大鼠模型，观察砷对学习记忆的损伤作用，并从诱导神经细胞自噬和凋亡的角度探讨砷暴露损害大脑学习记忆功能的机制；实验结果显示：在行为学实验中，砷暴露组大鼠与对照组相比表现出显著的训练成绩下降，提示学习记忆功能损伤。同时，形态学实验观察到砷暴露可诱导海马神经元凋亡和自噬水平增高，而新生神经元的数量也显著减少，表明砷暴露可同时对海马神经元和神经干细胞产生毒性作用。我们进一步通过体外细胞实验，证实了砷对神经元和神经干细胞的增殖抑制作用主要是促进细胞凋亡产生的。由于细胞自噬和凋亡之间存在着密切的联系，本项目进一步在蛋白水平检测了砷暴露后Beclin 1介导的自噬信号通路、以及Bcl-2家族介导的凋亡信号通路的变化。结果显示砷暴露后神经元和神经干细胞均出现自噬水平的增高及Bcl-2表达水平的下降，且自噬通路的激活早于凋亡信号的启动，提示砷可能通过诱导细胞自噬增强而促进凋亡的发生。砷暴露后Beclin 1在神经元和神经干细胞中的变化情况虽不尽一致，但由于Bcl-2表达水平的下降可能引起Beclin 1-Bcl-2复合物的减少，Beclin 1单体相对量的增多同样可以启动自噬和细胞凋亡过程。所以Beclin 1介导的自噬在砷诱导的神经细胞凋亡过程中可能起到重要的作用。上述推断在自噬抑制剂3-MA和Beclin 1 siRNA的干预实验中被证实，两种干预方式均可显著减少砷暴露所引起的神经元和神经干细胞的凋亡，表明诱导细胞自噬增强是砷暴露所引起海马神经细胞损伤的关键机制，而Beclin 1在此过程中起到了重要的调控作用。总之，本课题研究初步明确了Beclin 1介导的细胞自噬在砷暴露诱导海马神经细胞凋亡、损伤学习记忆机制中的重要作用，为进一步阐明砷的神经毒性机制提供了新的思路和实验基础，同时也为砷中毒的防治提供了新的干预靶点。