在脑组织缺血缺氧损伤中星形胶质细胞GLT1表达调控对神经元修复的影响

GLT1 is responsible for about 90% of glutamate reuptake of astrocytes, and is essential to maintaining the extracellular glutamate concentration.GLT1 associates with some diseases of the nervous system. But its expression regulation mechanism is still unknown. Our preliminary studies show that Rheb1/mTOR pathway regulates the nervous system development and insulin increases GLT1 expression, which indicates the insulin/Rheb/mTOR pathway may be involved in GLT1 expression and function. We also found that mTOR inhibitor rapamycin induces GLT1 expression, which show that there may exist a negative feedback from the mTOR to AKT pathways in astrocytes. In this project we will use conditional Rheb1 knockout mice, molecular and cell biology, electrophysiological records,and the other technology to study: 1. there exists negative feedback from mTOR to AKT pathway and its role on GLT1 expression; 2. if Rheb/mTOR pathway participates in GLT1 experssion in OGD (oxygen-glucose deprivation) and CNS hypoxic-ischemic brain damage model;3. the Rheb/mTOR pathway in neurons and astrocytes regulate GLT1 expression.Our results may promote the understanding of GLT1 modulation mechanism, maybe guide the study of the nervous system diseases (such as a CNS hypoxic-ischemic injury) and the study of learning and memory in theory.

GLT1负责星型胶质细胞约90%的谷氨酸重吸收，对维持谷氨酸浓度至关重要，与一些神经系统疾病相关，但其表达调控机制仍不清楚。我们前期研究表明Rheb1/mTOR通路调节神经系统的发育，胰岛素增加GLT1的表达，这些提示胰岛素/Rheb/mTOR可能参与GLT1的表达及其功能。我们还发现mTOR抑制剂rapamycin引起GLT1的表达增加，提示星型胶质细胞内可能存在从mTOR到AKT的负反馈通路。本项目将利用条件性Rheb1敲除小鼠、分子和细胞生物学、电生理记录等多种技术，研究：1.星形胶质细胞mTOR到AKT的负反馈通路及其对GLT1的作用；2.在OGD和CNS缺血缺氧中，Rheb /mTOR是否参与调节GLT1；3.神经元与星形胶质细胞中的Rheb/mTOR通路对GLT1的调节。研究结果将推进理解GLT1调节机制，对研究神经系统疾病（如CNS缺血缺氧损伤）和学习记忆等具有理论指导作用。

脑卒中是世界上首位最常见的死亡原因和主要的致残原因。脑卒中后局部坏死脑组织有大量星形胶质细胞增生活化，星形胶质细胞具有很多重要的功能，最近的实验表明星形胶质细胞还参与突触传递和突触可塑性，称为“gliotransmission”，虽然这还存在争论。大家逐步认识到星形胶质细胞在疾病和神经损伤中具有神经保护作用，并保护神经元的完整性，但星形胶质细胞在缺血和神经损伤作用的分子机制还很不清楚。是否与星形胶质细胞重吸收谷氨酸有关呢？谷氨酸是中枢神经系统主要的兴奋性神经递质。GLT1是非常重要的谷氨酸重摄取通道；GLT1表达调控机制的研究对于理解和治疗各类神经退行性疾病、缺血和神经损伤、结节性硬化（TSC）等至关重要。但其表达调控机制仍不清楚。.本课题利用分子生物学、细胞生物学、电生理记录、OGD模型、MCAO模型、条件性Rheb1敲除小鼠等多种技术，主要研究：1）研究胰岛素/Rheb /mTOR通路对GLT1的作用；2）研究星形胶质细胞中是否存在mTOR到PI3K-AKT的负反馈通路及其对GLT1的作用；3）研究在OGD模型和CNS缺血缺氧损伤中，Rheb /mTOR是否参与及如何调节GLT1的表达；4）研究在CNS缺血缺氧损伤模型中，GLT1表达调节对神经功能恢复的调节作用。.重要结果：1）在培养的星形胶质细胞中加入胰岛素短期处理，发现总的和膜上GLT1表达都明显增加，但GLAST表达不受影响；并且GLT1介导的电流也明显增加。2）在培养的星形胶质细胞中短暂使用mTOR抑制剂rapmycin抑制mTOR会增加GLT1的总表达和膜表达，并且当mTOR抑制后（mTOR下游的靶蛋白pS6明显下降）Akt活性增加，表明在星形胶质细胞中存在着从mTOR到Akt的负反馈通路，且GLT1的表达增加需要Akt的参与；3）在星形胶质细胞OGD模型中GLT1的表达增加，Rheb1的上游激活蛋白Akt的活性是增加的，pS6的活性明显降低；表明在OGD模型中，Rheb /mTOR信号通路参加了GLT1的表达调控；4）在SD大鼠MCAO模型中发现GLT1表达是降低的，pmTOR、pAKT、pRictor也是降低的。.研究结果将推进对GLT1调控机制的认识，对研究神经系统疾病（如CNS缺血缺氧损伤）和学习记忆等具有理论指导作用