阿特拉津经由miRNA介导的多巴胺神经元损伤机制的研究

The herbicide, atrazine (ATR), is used worldwide and its contamination in the environmenthas resulted in documented human exposure. It has also been shown that ATR results in dopaminergic neurotoxicity, however, few studies have investigated the long-term effects of Chronic ATR exposure. Pesticide exposure as a risk factor for Parkinson’s disease (PD) has gained particular attention. MicroRNAs (miRNAs) are evolutionarily conserved, 18 to 25 nucleotide, non–protein coding transcripts that post transcriptionally regulate gene expression during development. In this study, we investigated the role of miRNAs in mammalian midbrain dopaminergic neurons by atrazine. We used microarray analysis to show that atrazine induce alterations of miRNAs expression in an in vivo model of Parkinson’s disease. Therefore, the objectives of our study were determine whether exposure of rat to atrazine characteristic changes in miRNA expression profiles, which suggests that miRNAs may be involved in the development of atrzaine-induced neurodegeneration.

阿特拉津作为目前世界上应用最广泛的除草剂，其对人类和生态环境的危害已引起科学家的广泛重视，尤其是神经毒性。小分子RNA(miRNAs)是通过与靶基因的互补配对裂解靶mRNA 或抑制翻译，导致相应蛋白质合成缺失或减少，从而发挥调控基因表达的功能。miRNA广泛存在于哺乳动物中枢神经细胞内，但其功能和作用特点却鲜为人知。帕金森氏病（Parkinson’s Disease, PD）是一种环境与基因共同作用的多巴胺神经元选择性退行性疾病，随着人口老龄化和农药污染增加，PD患者逐渐增多。本研究拟通过动物实验和生物信息学分析相结合的方式，研究miRNA在阿特拉津导致的多巴胺能神经元退行性疾病中的作用，筛选miRNA表达谱中的差异miRNA，探讨与mRNA之间的关系，阐明 miRNA 参与神经退行性疾病发病的危险机制。

阿特拉津(Atrazine)是一种世界范围内广泛使用的除草剂，长期低剂量的阿特拉津暴露能够引起多巴胺能神经元损伤，从而导致神经退行性疾病的发生。但目前其致病机制尚不十分明确。帕金森氏病(Parkinson’s Disease,PD)作为一种多巴胺神经元选择性退行性疾病，是环境与基因共同作用结果。小分子RNA(miRNAs)是一种小的非编码RNA，通过与靶基因的互补配对裂解靶mRNA或抑制翻译，导致相应蛋白质合成缺失或减少，从而调控基因表达。在该项目支持下，证实了阿特拉津致神经退行性疾病的相关机制；明确了阿特拉津染毒大鼠的中脑黑质和血液中miRNAs表达谱；发现了阿特拉津暴露导致神经退行性变的miRNAs及多条相关通路：1）本项目通过Illumina HiSeq高通量测序和生物信息学对阿特拉津诱导以及对照组的大鼠的脑组织和血液样本进行miRNAs测序分析，识别出参与阿特拉津导致的神经退行性疾病机制的miRNA，发现在阿特拉津诱导的大鼠脑组织中miR-7、miR-322-5p表达下调、在外周血中miR-7表达上调。并深入探讨miRNA与mRNA之间的关系：miR-7能够靶向调控α-syn和BDNF基因的表达并且与两个靶基因的3’UTR分别结合、miR-322-5p 能够靶向AMPK基因的表达并与之3’UTR 结合。检测出在脑组织中AMPK、α-syn和BDNF的mRNA和蛋白表达水平均随染毒剂量增加明显升高，而在外周血中 BDNF 的mRNA和蛋白趋势与在脑组织中相反。2）阿特拉津染毒可以通过影响NURR1和SIRT1的结合能力导致多巴胺能神经损伤。其暴露可致中脑黑质中DA及L-DA水平明显降低；NURR1、NUIP、TH的水平降低；SIRT1水平增加。通过组织免疫荧光检测Nurr1和SIRT1蛋白的结合情况，发现经阿特拉津染毒的大鼠脑组织中Nurr1和SIRT1的变化具有相关性。3）研究发现阿特拉津暴露的大鼠学习和记忆能力减退，中脑中的铁浓度明显增高，转铁蛋白受体（TFR）、二价金属转运蛋白1（DMT1）表达水平明显升高，肝素（HEPH）和铁转运蛋白1（Fpn1）表达明显降低提示它们均参与了铁死亡导致神经退行性病变过程。研究结果揭示阿特拉津导致的神经退行性疾病的分子机制，为神经退行性疾病的防治提供理论依据，并为疾病的诊疗提供新的靶点。