TDP-43/BDNF通路在放射性认知功能障碍发生中的作用研究

Radiation-induced cognitive dysfunction seriously impacts the life quality of patients. However，so far there is no effective means of prevention and treatment. Our own previous research results have demonstrated the reduction of BDNF and the delayed growth of the neurite. Combined the research results of TDP-43 in neurodegenerative diseases, we propose the hypothesis: radiation induce the abnormal TDP-43 function impairs BDNF secretion and lead to the decrease of synaptic plasticity, which is contributed to the occurrence of cognitive dysfunction. To test this hypothesis, we used the rat model of whole brain irradiation in vivo and primary cultured hippocampus neurons in vitro to detect the changes of TDP-43, BDNF/TrkB signal pathway and synaptic plasticity after ionizing radiation. Transgenic animals and neuron cells transfection were used to regulate the expression of TDP-43. Based on the regulation of TDP-43 expression, the role of TDP-43 played in radiation induced the decrease of BDNF secretion and synaptic plasticity were studied. At last, the expression or activation of key factors of the signal path was detected, to analyze the potential molecular mechanisms involved in the effect of TDP-43/BDNF pathway. If the above scientific hypothesis can be clarified, it will provide new ideas and theoretical basis for the prevention and treatment of radiation cognitive impairment.

放射性认知功能障碍严重影响患者生活质量，目前并没有有效的防治手段。前期研究已经在放射性认知功能障碍动物模型中观察到BDNF表达下降和神经突触生长延迟。结合TDP-43在其他神经退行性疾病中的研究成果，我们提出假设：电离辐射引起海马组织神经元中TDP-43表达异常，从而抑制BDNF/TrkB通路作用导致神经元突触可塑性下降。为了验证该假说，我们使用实验动物全脑照射模型及体外培养原代海马组织神经元照射模型，对电离辐射后TDP-43、BDNF/TrkB及突触可塑性改变特征进行检测。通过使用转基因动物和神经元细胞质粒转染的方法调节TDP-43的表达水平，观察TDP-43在电离辐射引起的BDNF表达和神经突触可塑性改变中的作用，并进一步对其作用方式及信号通路上的关键分子的表达和激活进行研究。如能明确上述科学假设，可为放射性认知损害的防治提供新的思路和理论依据。

认知功能障碍是放射性中枢神经损伤最为主要的临床表现，具有在较低照射剂量下即可发生而且随着时间延长呈现不可逆趋势的特征。对放射性认知功能障碍发生机制的研究结果显示海马组织神经元细胞在其发生发展中起着中枢性的作用，而且电离辐射后BDNF等神经营养因子的改变参与这一过程的发生。近年来神经科学的研究结果显示TDP-43通过作用于神经营养因子、氧化应激反应、线粒体功能障碍等作用机制参与多种神经退行性疾病的发生发展。因此，本课题希望了解TDP-43是否同样通过调节神经营养因子参与电离辐射引起的神经功能障碍。在本研究中，我们分别从组织、单细胞分析和神经元体外培养对电离辐射后TDP-43表达、磷酸化水平进行了检测，研究结果显示电离辐射大鼠海马组织尤其是海马组织的神经元细胞中TDP-43表达明显升高。通过质粒转染调节神经元细胞中的TDP-43表达，结果显示在pcDNA3.1-TDP-43质粒转染上调TDP-43表达情况下，可加重电离辐射后神经元生长抑制及突触可塑性下降，而在siRNA-TDP-43质粒转染抑制TDP-43表达的情况下，电离辐射引起的神经元损伤可在一定程度上得到改善。尽管本研究结果显示电离辐射后神经元细胞中BDNF及其常见的下游分子TrkB表达显著下降，但是在调节TDP-43表达后神经元细胞中BDNF/TrkB变化方向并不与神经元损伤相一致。所以本课题研究结果显示TDP-43参与了辐射引起的神经元突触可塑性下降和发育损伤，但是BDNF/TrkB信号通路可能没有参与这一过程。此外本课题中，我们还利用单细胞测序方法对电离辐射后大鼠海马组织各种细胞及其改变特征进行分析，分析结果显示电离辐射可显著影响神经元功能，而且在发病机制上与神经退行性疾病存在很多相似性。