线粒体动力学改变在氟神经毒性中的作用及白藜芦醇干预效果研究

The developmental neurotoxicity induced by fluoride has received great concern, however, its exact mechanisms remain unknown. Previous studies have demonstrated that oxidative stress deriving from excessive ROS generation is the common mode of action and major characteristic of the fluoride neurotoxicity. Mitochondria, as the principal source and primary target of ROS, its dysfunction is closely related to fluoride neurotoxicity, moreover, mitochondrial dynamics is crucial to maintain mitochondrial function, indicating that fluoride may lead to mitochondrial dysfunction by interfering with mitochondrial dynamics, mitochondrial dysfunction together with ROS involves in the occurrence and development of fluoride neurotoxicity. In this project, human epidemiological investigation，animal exposure models and cell culture along with advanced technologies such as PET/CT, RNA microarray, proteomics and so on are employed to study the effects of fluoride on nervous structure and function, glucose metabolism, gene expression, oxidative stress, mitochondrial function, and mitochondrial dynamics. Meanwhile, resveratrol, a natural plant polyphenol with neuroprotective properties, will be investigated in-depth with respect to its potential benefit and mechanisms for imporving mitochondrial function via antioxidant effect and modulation of mitochondrial dynamics. The results will be able to gain insight into the molecular mechanisms of fluoride neurotoxicity, provide novel ideas for finding potential early diagnostic biomarkers of fluoride neurotoxicity and blocking the development of its neurotoxic effects.

氟化物的发育神经毒性已受到广泛关注，但其作用机制尚未阐明。前期研究结果提示，ROS生成增多导致氧化应激是氟神经毒性的作用模式和重要特征，线粒体是ROS产生的主要来源和作用靶点，其功能障碍与氟神经毒性密切相关，且线粒体动力学稳态对于线粒体功能的维持至关重要，提示氟可能通过引起线粒体动力学紊乱而导致线粒体功能障碍，与氧化应激形成恶性循环并参与氟神经毒性的发生发展。本项目拟应用人群流行病学调查、动物染毒和细胞培养等方法，采用PET/CT、RNA微阵列、蛋白组学等方法，研究氟对脑神经结构与功能、糖代谢、基因表达、氧化应激、线粒体功能、线粒体动力学等方面的影响。同时选择对神经元具有保护作用的天然植物多酚白藜芦醇进行干预，探讨白藜芦醇通过抗氧化和调节线粒体动力学而改善线粒体功能的作用机制，从而进一步阐明氟神经毒性的分子机制，为寻找氟神经毒性潜在的早期效应生物学标志和阻断其神经毒作用发生发展提供新思路。

氟化物神经毒性已受到广泛关注，但其毒性作用机制尚未阐明。本项目通过对氟病区儿童进行流行病学调查，以及建立氟染毒加干预的动物模型和神经细胞模型，在线粒体动力学异常与氟神经毒性的关系上开展了一系列氟神经毒性及干预的机制研究。主要研究结果：（1）氟暴露对儿童智力得分和氟斑牙患病风险存在阈值和饱和效应，且氟斑牙程度等级与智力水平等级之间存在负相关，氟斑牙程度对高智力损失具有一定的指示作用。（2）氟暴露水平与血清FT3、TSH升高以及TT4、FT4降低存在剂量—反应关系，血清甲状腺激素水平可修饰氟暴露与IQ得分之间的关联。（3）外周血mtDNA水平与氟暴露水平呈负相关，与氟斑牙患病风险及IQ得分呈正相关，可作为氟暴露儿童氟斑牙程度和IQ损伤等级的潜在效应标志物。（4）氟暴露可致血浆蛋白表达谱发生改变，IQ损伤与COMT基因多态性存在一定关联。（5）氟通过升高Syt10 基因甲基化水平，致使其转录和翻译水平降低而介导氟神经毒性。（6）氟降低线粒体生物发生关键调控因子及下游线粒体呼吸链复合物亚基表达水平，RSV通过SIRT1/PGC-1α/NRF1/TFAM通路增强线粒体生物发生而改善线粒体功能，拮抗氟神经毒性。（7）氟促进线粒体融合，抑制线粒体分裂，促进线粒体分裂可逆转氟引起的线粒体功能异常，SIRT1介导的线粒体融合分裂过程在氟神经毒性中具有重要作用。（8）氟通过ERK1/2磷酸化介导的BDNF/TrkB信号通路降低神经细胞尼氏小体数量、树突分支和棘密度以及突触结构和功能标志蛋白的表达水平，导致神经细胞突触可塑性降低。（9）氟暴露引起的内质网应激和自噬流异常可导致神经细胞凋亡，自噬障碍与过度凋亡参与氟神经毒性。上述研究结果不仅阐明了线粒体动力学异常与氟神经毒性之间的关系，为进一步探索氟神经毒性的分子机制奠定了基础，而且本项目通过多组学检测发现的与氟神经毒性密切关联的差异转录组和蛋白，将为探寻早期干预措施提供明晰的线索和干预靶点。