调控线粒体代谢和活性氧簇（ROS）生成对帕金森病小胶质细胞激活的影响

Microglial activation is an early pathological change in Parkinson’s disease (PD). The activation of microglia is tightly associated with PD process and promotes dopaminergic neuronal loss. Recently, it has been documented that mitochondrial metabolism controls macrophage activation. Our preliminary data showed that the uncoupler FCCP or CCCP inhibited LPS-induced microglial activation, which was accompanied by decreases of the production of reactive oxygen species. Inhibition of mTOR by rapamycin inhibited LPS-induced microglial activation, evidenced by decreases of inflammatory factors and ROS generation. Interestingly, the effects of rapamycin were independent on mTOR inhibition-induced autophagy, suggesting that other pathways are involved. We suppose that the energy sensor AMPK may be involved in mTOR-associated inflammatory regulation. We will use multiple approaches and MPTP as well as LPS animal models to identifie the role of mitochondrial metabolism in microglial activation in associated with PD. We will also investigate the signaling that controls microglial mitochondrial metabolism, which may contribute to PD pathology.

以小胶质细胞激活为特征的神经炎症是帕金森病的早期病理之一，并影响疾病进程。最近免疫学研究发现，巨噬细胞的激活受到了线粒体代谢和代谢产物的调控。我们预实验研究发现，在MPTP和LPS动物模型中，运用解偶联剂降低线粒体能量代谢可有效抑制活性氧簇（ROS）的产生，抑制LPS诱导的小胶质细胞活化。对其信号通路研究发现，抑制mTOR活性可不依赖于自噬，抑制LPS诱导的小胶质细胞激活，并降低ROS生成。我们推测，能量代谢相关激酶AMPK可能参与可这一过程，并可能经AMPK/mTOR通路且经自噬非依赖途径，影响线粒体代谢。我们拟使用体外小胶质细胞活化模型，以及在体MPTP和LPS模型，运用多种生物学手段研究PD发生中小胶质细胞线粒体能量代谢与信号通路的改变，并通过调节线粒体能量代谢，阐明调控小胶质细胞线粒体代谢影响其活化的机制，以及对炎症介导的多巴胺能神经元损伤的保护作用。

小胶质细胞是神经系统的巨噬细胞，在神经退行性疾病中，过度激活的小胶质细胞分泌大量的炎症因子，造成神经毒性。我们的研究发现PD相关基因的表达产物PINK和Parkin是线粒体质量控制系统的关键组成部分。受损线粒体膜电位下降导致PINK1在线粒体外膜上积聚，而这一效应需要线粒体膜间隙中的CHCHD4/GFER二硫键传递系统。线粒体氧化应激激活CHCHD4/GFER促进PINK1在线粒体外膜积聚，使用抗氧化剂可抑制PINK1的积聚。我们还发现PD患者携带的位于N端半胱氨酸的突变可减少PINK1的积聚而影响PINK1功能。我们的结果揭示了CHCHD4/GFER系统在PINK1线粒体外膜积聚中起重要作用。也说明了线粒体膜电位丧失是PINK1积聚的必要条件，但不是充分条件，PINK1的功能执行需要膜电位改变和氧化状态同时存在。.线粒体能量代谢过程中，由于电子在复合体I和III处可泄漏传递至O2，引起超氧化物产生，这是线粒体ROS的一个重要来源。我们使用线粒体解偶联剂FCCP处理细胞，降低线粒体膜电位，可以见到FCCP显著降低了LPS诱导的炎症因子iNOS的表达，提示线粒体解偶联剂直接抑制线粒体能量代谢后，LPS诱导的小胶质细胞激活亦被显著抑制。我们还发现在LPS处理的小胶质细胞中，mTOR显著激活，使用雷帕霉素抑制mTOR活性后，LPS诱导的小胶质细胞的激活被显著抑制，ATG5敲减实验显示这一作用不依赖于雷帕霉素的自噬诱导作用。尽管雷帕霉素抑制了小胶质细胞激活，但并没有显著降低LPS诱导的线粒体的高膜电位，提示雷帕霉素不是通过膜电位抑制小胶质细胞激活，可能有代谢途径参与。在LPS处理的小胶质细胞中，有氧氧化下降，有氧糖酵解增加，显示出线粒体功能障碍。使用雷帕霉素可改善线粒体功能，ATP生成增加，OCR值上升，ECAR值下降，提示雷帕霉素改善了LPS损伤的线粒体功能。在小鼠中，解偶联剂FCCP和雷帕霉素均可抑制LPS诱导的小鼠脑内炎症因子的表达，减少了小胶质细胞和星形胶质细胞的激活。我们的研究提示，炎症过程中使用雷帕霉素或解偶联剂调控线粒体代谢均可抑制线粒体活性，减少小胶质细胞激活。