AMPK-PGC-1α/Nrf2信号通路在产前应激引起子代认知功能障碍中的作用研究

Maintaining normal maternal reproductive environment is critical to fetal development. Previous studies have indicated that prenatal stress could induce offspring cognitive dysfunction. Although hippocampus is known to modulate cognitive function, the mechanisms accounting for prenatal stress induced offspring hippocampus disorder are still remain to be revealed. We previously reported that PGC-1α medicated mitochondrial biogenesis and Nrf2 mediated phase II enzymes, two major pathways that are vital to cell survival, were both suppressed in prenatal stressed offspring hippocampus accompanied by decreased AMPK activity and neuron number. We also confirmed that AMPK activated both PGC-1α and Nrf2 mediated pathways in vitro. Thereby, it is reasonable for us to propose that AMPK-PGC-1α/Nrf2 pathway could be the major target of prenatal stress. Further study indicated that AMPK suppression started in early fetal period, and prenatal stress induced hormone disorder could be the major cause. In current study, through gene operation and prenatal restraint strategy, we intend to elucidate the molecular mechanisms of prenatal stress-induced cognitive dysfunction and provide targets for prevention of stress-related neuronal disorders.

母体内正常生理环境的维持对胚胎发育至关重要，母体产前应激会诱发子代认知功能障碍。已有研究揭示海马是大脑调控学习记忆的主要区域，然而产前应激如何影响子代海马的发育和功能发挥仍不清晰。我们研究显示，对细胞存活至关重要的PGC-1α调控的线粒体生成及Nrf2介导的二相酶体系在产前应激的子代海马中显著抑制，同时伴随着AMPK活性的下降和神经元数量的降低。在体外实验中，我们证实了AMPK能够协同诱导PGC-1α和Nrf2信号通路的激活，由此推测AMPK-PGC-1α/Nrf2通路可能是产前应激的主要作用靶点。进一步研究提示，AMPK的抑制可能发生于胚胎期，而孕期应激中的激素紊乱可能是抑制AMPK活性的主要因素。本研究将通过体内外实验结合基因敲除、孕期束缚等手段在细胞及动物水平上阐释产前应激引起的激素紊乱抑制子代海马AMPK信号通路，引起认知功能障碍的作用机制，为相关疾病的防治提供新思路和新靶点。

母体内正常生理环境的维持对胚胎发育至关重要。前期研究显示母体孕期应激能引起子代认知功能障碍，虽然研究早已揭示海马调控学习记忆的主要角色，然而产前应激如何影响子代海马的发育和功能发挥仍不清晰。我们研究显示，对细胞存活至关重要的PGC-1α调控的线粒体生成和Nrf2介导的二相酶体系在产前应激的子代海马中显著抑制，同时伴随着AMPK活性的下降和神经元数量的降低。利用细胞实验，我们还证实AMPK能够协同诱导PGC-1α和Nrf2信号通路的激活，为此我们推测AMPK-PGC-1α/Nrf2通路可能是产前应激的主要作用靶点。在本研究中，通过给予孕期大鼠补充AMPK激活剂二甲双胍能够显著提高仔鼠海马中的AMPK活性、诱导神经元中线粒体生成、保护神经元存活，有效抑制孕期应激引起的仔鼠认知功能障碍。进一步，我们通过Cre-Flox方式交配获得海马神经元特异性敲除AMPK1的小鼠，研究发现神经元中AMPK活性的缺失显著抑制线粒体生成、诱导神经元损伤和死亡，行为学分析证实AMPK1缺失的小鼠的学习记忆能力显著下降，这一系列实验证实海马AMPK活性降低是孕期应激引发子代认知障碍的关键机制之一。在对应激期间的激素水平进行分析发现，仔鼠体内的激素水平并不受影响，而体外神经元培养和激素处理提示高水平的糖皮质激素能够抑制AMPK的活性，但其作用浓度远远高于生理浓度，故此我们推测导致子代小鼠AMPK活性降低的原因可能来自于多种因素的协同作用。此外，我们还对其它潜在的调控机制进行探索，发现SIRT3可以通过调控SOD2活性来影响线粒体功能活性，同时鉴定出调控线粒体功能的新蛋白APR3，这些新发现都与线粒体功能和细胞存活有密切关系，为孕期应激引发子代认知功能障碍的研究提供新的思路和防治靶点。为此，本研究从细胞和动物水平揭示了靶向AMPK信号通路改善海马线粒体和神经元活性，是预防孕期应激引发子代认知障碍的有效途径，对孕期应激中神经保护研究具有重要意义。