HSP70调节线粒体基因转录和增强功能参与病毒感染神经元保护作用的新机制

神经元高度依赖于线粒体氧化磷酸化(OXPHOS)产生的ATP维持其结构和功能；OXPHOS由核基因和线粒体基因共同编码，受NRF-1和NRF-2转录调控。线粒体功能障碍与神经元退行性变和凋亡有密切关系。刺激线粒体基因的表达、促进线粒体增生具有神经保护作用；过表达HSP70也具有增强线粒体功能和明显的神经保护作用，但是否通过调节线粒体基因转录参与神经保护尚无报道。我们发现汉坦病毒感染神经元可激活线粒体基因转录以及与凋亡相关基因和蛋白的表达，随后损伤线粒体功能并诱导神经元凋亡；基因转染过量表达HSP70可以显著抑制病毒感染，提高OXPHOS基因及其转录因子水平，延长细胞的生存，由此提出HSP70通过调节线粒体基因转录和增强呼吸功能参与神经元保护的新的机制。本课题拟深化这一重要发现并通过体内外进一步验证。HSP70保护作用新机制的发现无疑会对神经元线粒体疾病的防治产生积极影响。

新生小鼠或大鼠实验性感染汉坦病毒（HTV）通常发生急性致死性的神经系统疾病，表现为广泛神经元死亡, 其发病机制尚未完全明了。在该研究中，我们用生后72小时鼠龄的新生小鼠腹腔接种100 LD50的陈株HTV, 病毒感染后7至8天所有动物均发生致死性的神经系统疾病，全部死亡。尽管病毒在动物体内的泛嗜性感染，感染和病变最突出的位于中枢神经系统，尤其是大脑，在血管内皮细胞和神经元中观察到典型的病毒颗粒和病毒包涵体，显然病毒感染与神经元的凋亡存在直接关系。此外，HTV感染神经元诱导热休克反应和表达HSP70, 但这种反应在感染早期是延迟或缺失，缺乏或检测不到HSF-1表达，这与发病早期神经元凋亡的出现是一致的。应用病毒感染原代培养的新生小鼠或大鼠神经元, 其表现出的高敏感性和感染动态与动物模型中观察到的一致，神经元在感染后7〜8天死亡或凋亡。在此之前，早期诱导线粒体转录因子和线粒体呼吸链(MRC)蛋白的转录和表达增加，线粒体功能增强。而一些非MRC蛋白，如HSP70和Bcl-2，却不能够迅速诱导表达。最终，线粒体的通透性转换孔开放，线粒体膜电位损失，细胞色素c释放，激活Caspase，神经元发生凋亡。用可诱导HSP70真核表达系统转染体外培养神经元，上调HSP70表达，在随后的病毒感染中，可以抑制病毒的复制和细胞的凋亡。同样，HTV可在原代培养的胶质细胞中感染和复制，并持续产生具有感染性的病毒，但并不引起感染细胞的死亡或凋亡。此外，在病毒感染后，胶质细胞中GFAP的表达显著增加，并早期和快速的诱导HSP70 mRNA和蛋白质的合成，伴随着长时间的HSP70 mRNA转录，但不引线粒体转录因子和MRC蛋白的转录和表达的明显增，这可能增加了胶质细胞对病毒感染诱导凋亡的抵抗性。总之， HTV感染神经元直接介导神经细胞的凋亡，是新生小鼠发生神经系统疾病和死亡的主要原因，该过程涉及早期线粒体激活，随后MRC功能降低，并最终导致细胞死亡；而HSP70作为其中一个重要的宿主抗损伤因素，在该病发病过程中直接参入了与病毒蛋白相互作用和抗凋亡功能，但该反应在新生鼠神经元是缺陷的, 不能够发挥有效的抗病毒和抗凋亡作用。