线粒体损伤致朊病毒病分子机制的研究

Prion diseases are known as a group of fatal neurodegenerative disorders, which affect both human and mammalian animals. It is widely accepted that prion diseases are caused by misfolding of a host-encoded glycoprotein PrPC into PrPSc as well as the mutation happened on PRNP gene. Mitochondria are main donor of body energy and mitochondria damage is considered playing an important role in neurodegenerative diseases as Alzheimer’s disease and Parkinson's disease. Our proteomics studies have reported many proteins related with mitochondria having prominent changes after prion infection. In this study, prion–infected cell and animal models will be used to detect dynamic changes of mitochondrial morphology and dynamics. We also will test mitochondrial dysfunction including respiratory chain, ATP production and calcium ion content inside and outside of mitochondria. Then, we will detect mitochondria oxidative stress changes in the human prion diseases and different incubation time of the animal models. Another, antioxidant therapy will be tested in vivo and in vitro using cell and animal models, as well as the neuro-pathological damage will be observed in the incubation period of the animal models. All together, these research works will not only make us better understand the pathogenesis of prion diseases, but also will be very helpful to explore the potential therapeutic method to treat prion diseases.

朊病毒病是一类感染人及多种动物的致死性神经系统退行性疾病，由朊蛋白的错误折叠或突变引起。线粒体是机体能量的主要供体，线粒体损伤被认为在阿茨海默病、帕金森病等神经系统退行性疾病中起着重要的作用。本课题组前期蛋白组学的研究结果显示朊病毒感染后与线粒体相关的许多蛋白质都发生了显著的变化。本研究旨在应用朊病毒感染的动物及细胞模型，通过在感染动物潜伏期内不同时间点动态观察线粒体形态学、动力学的改变，功能障碍的变化，氧化应激损伤的变化及通过体内、体外实验研究针对线粒体靶位的抗氧化剂在细胞模型及动物模型中的治疗作用，并与动物模型脑组织中PrPSc沉积、神经元丢失等病理变化相结合。通过深入揭示线粒体损伤在朊病毒引起神经细胞凋亡、神经病理损伤等方面发挥的作用，为进一步阐明朊病毒病的发病机制以及寻找潜在的朊病毒病诊断及治疗靶标提供科学依据和线索。

朊病毒病是一类感染人及多种动物的致死性神经系统退行性疾病，其发病机制尚未阐明。其中，线粒体损伤被认为在神经系统退行性疾病中起着非常重要的作用。本课题组前期蛋白组学的研究结果显示朊病毒感染后许多线粒体相关的蛋白质都发生了显著的变化。本研究应用朊病毒感染的动物及细胞模型，发现与线粒体的分裂与融合动力学相关蛋白如Drp1、Opa1在疾病的终末期都发生了改变，在羊瘙痒因子感染的139A、ME7毒株感染不同时间点小鼠脑组织中Drp1、Opa1含量也呈总体降低趋势，263K毒株感染不同时间点仓鼠脑组织显示同样的趋势，免疫组织化学检测小鼠终末期脑组织中Drp1、Opa1阳性信号均有减弱，显示了相同的结果；在朊病毒感染的细胞及动物模型脑组织标本中，检测到了线粒体中的蛋白SIRT3的含量呈下降趋势，但是其下游蛋白SOD2以及ATP5β的乙酰化水平呈增加的趋势，也影响到了细胞内整体ATP水平；在线粒体自噬的研究中，发现SMB-S15细胞中有更多的自噬体和大而肿胀的线粒体结构，Western blot结果显示SMB-S15细胞中Pink1和Parkin水平升高，而线粒体膜蛋白TIMM44、TOMM20和TIMM23水平降低，同时在SMB-S15细胞中，多聚泛素化蛋白的数量减少；Western blot和免疫组化检测发现羊瘙痒因子毒株139A和ME7感染的小鼠的大脑Pink1和Parkin水平在疾病晚期显著升高，并存在与GAFP、Iba1和NeuN阳性细胞广泛共定位，这些结果表明在朊病毒感染的细胞和实验小鼠模型中，可能通过增强的Pink1/Parkin通路激活了线粒体自噬作用；另外，应用积雪草酸、MitoQ在细胞模型中进行了相关的实验，发现线粒体靶向的抗氧化剂MitoQ 和AA能够清除朊病毒感染的神经细胞活性氧，缓解氧化应激损伤，修复线粒体功能，从而改善细胞状态。本项目研究成果为进一步阐明线粒体功能障碍在朊病毒病致病机制中的作用奠定基础，同时也为找到治疗朊病毒病的药物靶点提供了理论基础。该项目在研究期间完成SCI收录的英文文章20篇，完成中国核心期刊收录的中文文章14篇。