神经细胞线粒体动态改变在脊髓损伤中的作用及机制

Spinal cord injury (SCI) is a complex patho-physiological process which had complicated molecular biology mechanism. Therefore, it can be argued that therapeutic strategies targeting a specific biochemical cascade may not provide the best approach for promoting functional recovery. One such approach of sub-cellular treatment may serve a better role in SCI treatment. Mitochondrion is an important organelle which is the powerhouse of cells. And it plays important roles in the cell metabolism and physiological process. Perhaps the changes on the function and morphology of mitochondria in the neuron cells after SCI have significant affect on the survival. For the first time, we try to explore the injury mechanism of SCI neuron cells and the strategies with potential to promote mitochondrial function to treat SCI at sub-cellular level of mitochondria. First, we will investigate the alteration of mitochondrial function, morphology and the genes involved in the process to elucidate the tendency of mitochondrial alteration. Then the association between the genes which involved in the mitochondrial alteration and the gene which involved in the cell apoptosis will be investigated to explicit the impact of mitochondrial alteration on the apoptosis cascades. And we will treat the SCI with the acetyl-L-carnitine which can improve the mitochondrial function and morphology to find a reliable therapy for SCI. This research is expected to afford a better strategy to improve the survivorship and function of neuron cells after SCI.

脊髓损伤（spinal cord injury,SCI）具有复杂的病理生理过程及分子生物学机制，针对特定生化级联反应的靶向治疗策略可能并不是脊髓损伤功能恢复的最佳途径。因此，在亚细胞水平的治疗可能会是新的研究方向。线粒体是细胞的能量工厂，也是细胞内信号传导中心，是非常重要的细胞器，SCI后神经细胞的线粒体发生形态及功能改变可能对其存亡有重要意义。本研究首次从神经细胞线粒体形态功能变化的角度探讨SCI后神经细胞损伤的机制及可能的治疗方向。首先通过对SCI后线粒体形态、功能及参与基因的观察，明确SCI后神经细胞线粒体的变化趋势；并通过研究线粒体形态变化相关基因与凋亡基因间的关系阐明线粒体形态功能变化对细胞凋亡信号通路的影响；最后通过应用改善线粒体形态及功能的左旋肉碱进行干预治疗，以期找到SCI治疗的新方向。本研究有望对SCI后神经细胞的存活及功能改善提供一个更好的策略。

项目背景：脊髓损伤（SCI）具有复杂的病理生理过程及分子生物学机制，针对特定生化级联反应的靶向治疗策略可能并不是SCI功能恢复的最佳途径。因此，亚细胞器水平治疗可能会是新的方向。.主要研究内容：我们首先从亚细胞器（线粒体）水平检测了急性SCI后细胞凋亡线粒体途径中关键分子的表达水平以及线粒体膜点位变化情况。接下来，我们采用选择性线粒体分裂抑制剂（Mdivi-1）预处理SCI大鼠模型，观察此药物选择性的抑制了SCI后线粒体分裂，改变线粒体形态后神经细胞凋亡，胶质瘢痕形成等影响及其机制。然后，我们采用常规的实验方法，继续检测Dynasore，乙酰左旋肉碱，利拉鲁肽，Exendin-4，依布硒啉，H2S等对SCI的保护作用及其可能的机制。.研究结果：（1）急性SCI早期Bax、CytC和AIF开始上升，16 h时达到高峰，而Bcl-2在4 h就达到高峰；线粒体膜电位在4 h后明显下降，持续至16 h或者24 h。（2）、Mdivi-1能明显抑制急性SCI后细胞凋亡因子释放，抑制了线粒体膜电位降低，保护了线粒体ATP水平，抑制了线粒体氧化应激，最终抑制了脊髓组织中细胞凋亡，促进了SCI后运动功能恢复。（3）、Mdivi-1可以抑制大鼠急性SCI后星形胶质细胞增殖，抑制了星形胶质细胞中Neurocan合成与分泌，抑制了星形胶质细胞瘢痕的形成，促进了神经轴突的再生和后肢运动功能恢复。（4）、Dynasore可以抑制大鼠急性SCI后星形胶质细胞增殖，抑制了神经元线粒体细胞凋亡途径激活，促进了SCI后大鼠运动功能恢复。（5）、ALC可以减轻急性脊髓损伤后线粒体的形态改变，线粒体的功能障碍和细胞凋亡。（6）、利拉鲁拉肽和Exendin-4均能减轻线粒体氧化损伤，保护线粒体膜电位，抑制神经细胞线粒体凋亡途径激活有关；也与增强大鼠SCI后神经细胞自噬，降低凋亡相关蛋白表达，减少神经细胞自噬性凋亡有关。（7）依布硒啉能够改善SCI后线粒体氧化损伤，减少线粒体细胞色素C释放，抑制神经细胞凋亡，对SCI发挥着保护作用。（8）、H2S可抑制大鼠急性SCI后自噬并减少细胞凋亡。.科学意义：本研究表明Mdivi-1，Dynasore，利拉鲁肽，Exendin-4，依达拉奉和乙酰左旋肉碱等对脊髓损伤有保护作用，给脊髓损伤患者治疗带来了希望。