血红蛋白家族新成员-脑红蛋白感受复氧信号调控脑卒中后星形胶质细胞增殖反应的作用及机制

脑卒中的病理过程包括缺血和缺血后再灌注，再灌注过程中星形胶质细胞的增殖反应对卒中等疾病的神经功能恢复有重要影响。目前，对这一病理反应的分子机制还远不清楚。脑红蛋白是新近发现的脑特异携氧蛋白，对缺血损伤的脑细胞有保护作用。脑红蛋白与氧分子、G-蛋白结合，是连接氧信号与细胞内信号通路的桥梁。我们报道过脑红蛋白在星形胶质细胞内的表达和缺血保护作用，最近又发现脑红蛋白对细胞增殖和Erk激活有调控作用。推测脑红蛋白可能通过氧→G-蛋白→Erk途径调控缺血后星形胶质细胞的增殖反应。本项目主要研究：1)缺血再灌注不同时程星形胶质细胞内脑红蛋白的表达及其与细胞增殖的关系；2)过表达或敲除脑红蛋白对缺血后星形胶质细胞增殖的影响；3)脑红蛋白通过氧→G-蛋白→Erk信号通路调控缺血后星形胶质细胞增殖反应的机制。明确脑红蛋白在缺血后星形胶质细胞增殖反应中的作用和机制，将为脑卒中等疾病的防治提供新靶点。

脑红蛋白(Neuroglobin, Ngb)是脑内发现的六配位键血红蛋白家族新成员，具有缺血保护、抗氧化应激损伤的作用，与脑卒中、老年痴呆等脑疾病的病理生理过程密切相关。我们最早报道了脑红蛋白在原代培养的星形胶质细胞表达并具有缺血保护作用。本项目在已有的基础上进一步研究脑红蛋白与缺血再灌注过程中星形胶质细胞增殖反应的关系及其机制。荧光定量PCR、细胞免疫荧光染色和Western blot证明脑红蛋白在体外模拟缺血再灌注的星形胶质细胞中是一个差异表达过程，与再灌过程中星形胶质细胞的增殖、胶质源性酸性纤维蛋白（GFAP）表达变化一致。慢病毒过表达Ngb抑制星形胶质细胞缺血再灌注的增殖；反之，RNA干扰敲降Ngb促进星形胶质细胞缺血再灌注的增殖。因此，Ngb是星形胶质细胞缺血再灌注增殖的负性调控因子。在缺血及再灌过程中，星形胶质细胞内Raf-Erk通路激活显著；过表达Ngb可抑制Erk的激活，而敲降Ngb促进Erk激活。时间分辨荧光能量共振实验（TR-FRET）示Ngb主要与Raf-1发生直接相互作用，而与Ras、Erk直接作用弱。GST-Pull down结果进一步证明Ngb与Raf-1结合。定点突变改变Ngb的氧亲和力(H64L)而非其G-蛋白结合力(E53Qh、E118Q)显著增强Ngb与Raf-1的结合，同时影响Raf/Erk通路的激活和细胞增殖。这些结果表明，Ngb主要通过与Raf-1的直接相互作用负性调控Raf/Erk通路的激活，且Ngb与Raf-1的相互作用与Ngb的氧结合相关联。因此，我们推断Ngb通过“氧-Ngb-Raf”的相互作用调控Raf-Erk信号通路的激活，进而控制缺血后再灌注使星形胶质细胞的增殖反应。星形胶质细胞是脑内最多的细胞，在缺血再灌注过程中星形胶质细胞的一个特征性病理反应是细胞过度增殖，进而形成胶质疤，阻碍脑功能恢复或导致异常脑电活动。控制缺血后星形胶质细胞的过度增殖是防治多种脑疾病特别是脑卒中、老年痴呆的一个重要策略。本项目研究成果提供了一个防治胶质疤的新思路。