SIRT1/ERK变构修饰控制突触生长的MEF2在铅暴露所致学习记忆损害分子机制中的作用

It has been concerned in the public health that environmental lead (Pb) exposure caused nervous system damages include intelligence developmental defects, children with ADHD, Alzheimer's disease and neurodegeneration. One of the brain damage processes of learning and memory mechanism is the most attractive and most challenging problems. According to latest research findings in neuroscience at domestic and overseas, combined with our own long-term research results of Pb-induced neurological damage and based on this project prophase research, we propose the scientific hypothesis that the effects of lead exposure on SIRT1 / ERK may change MEF2 phosphorylation and acetylated modification of covalent allosteric, subsequently induce synaptic growth disorder and cause further damage to the learning and memory. In this project, applying cellular and molecular techniques and patch clamp amplifier system, as well as morphologic quantitative analysis and so on, we will try to elucidate that the influence of lead exposure on SIRT1 / ERK - MEF2 - Arc, synGAP signaling pathways in integral, cellular and molecular level, and SIRT1 / ERK allosteric modified MEF2 affect on gene expression of learning and memory from reverse and forward. Our study will give additional information to reveal the lead neurotoxicity mechanism, provide new clues to discover the new target for lead intoxication prevention and treatment and offer new ideas to the further related researches on molecular mechanism of learning and memory impaired by heavy metals.

环境铅暴露所致神经系统损害一直是备受关注的公共卫生问题，其中大脑学习记忆损害过程机制最有吸引力和最具挑战性。本项目组根据国内外最新研究现状，结合自身长期铅神经毒性研究结果以及本项目前期研究预示，提出铅暴露可能作用于SIRT1/ERK，从而改变MEF2磷酸化和乙酰化的共价变构修饰引起突触生长障碍，进一步损害学习记忆的科学假设。拟采用qRT-PCR、蛋白印迹、免疫共沉淀等分子生物学技术以及膜片钳电生理技术等，在生命不同阶段，从不同水平上全面地研究铅暴露对 SIRT1/ERK-MEF2-Arc、synGAP通路的影响，从正向和反向研究SIRT1/ERK变构修饰MEF2对学习记忆有关基因表达的影响。期冀解决SIRT1/ERK变构修饰控制突触生长的MEF2在铅致学习记忆损害分子机制中作用的有关问题，为揭示铅暴露所致学习记忆损害分子机制提供新思路、新途径，为预防和干预铅暴露所致神经损害提供新靶点。

铅在环境中分布广泛，已成为一个全球公共卫生问题。众所周知，铅接触不仅会引起神经发育毒性，而且还会引起神经退行性疾病，在后期会造成学习和记忆障碍。然而，其分子机制尚不清楚。本项目组根据国内外最新研究现状，采用qRT-PCR、蛋白印迹、免疫荧光、免疫共沉淀、等分子生物学技术以及膜片钳电生理、流式细胞技术等，在生命不同阶段，从不同水平上全面地研究铅暴露对 SIRT1/ERK-MEF2-Arc、synGAP通路的影响，从正向和反向研究SIRT1/ERK变构修饰MEF2对学习记忆有关基因表达的影响；同时还从多个维度和不同水平研究了氧化应激和内质网应激以及RyRs在铅所致的神经损害中的作用。结果显示，Pb通过多种机制损害学习记忆功能。首先铅暴露可能通过影响Sirt1/ERK5的表达改变大鼠脑组织中MEF2C蛋白的修饰水平，进而影响了转录因子MEF2C与突触可塑性相关基因的结合能力，并导致相关基因和蛋白的表达水平降低，使树突棘的密度减少，最终损害学习记忆和认知能力；其次终生铅暴露导致氧化应激和内质网应激，并最终导致神经退行性改变，伴有神经元丢失和脑萎缩，这种损害从婴儿期开始，在成年期有所减轻，但随着年龄的增长，这种损害又会再次出现并加重。最后，铅暴露增加RyRs，导致细胞内Ca紊乱，导致细胞氧化损伤和细胞凋亡，同时还伴有Ca2+信号通路相关蛋白表达紊乱，并触发神经退行性疾病。我们的研究为铅所致的神经毒性和神经退行性改变提供了新的可能机制，为预防和干预铅所致的这些损害提供了新的参考靶点。铅所致的神经损害在生命早期更为敏感，因此预防或干预老年人群的神经退行性变，减少敏感人群，特别是孕妇和儿童的铅暴露具有重要意义。