蛋白O-GlcNAc糖基化对缺血性脑中风的保护作用

蛋白质O-GlcNAc糖基化修饰因其独特的细胞定位，糖链连接方式以及重要的生物学功能已成为研究的热点。有研究表明该糖基化修饰在心肌缺血损伤中发挥保护作用，但是否在脑缺血性损伤中也具有类似的作用，国内外尚未见相关报道。我们预实验发现：⑴小鼠脑缺血再灌注后短时间蛋白O-GlcNAc糖基化水平上调；⑵应用氨基葡萄糖增加蛋白O-GlcNAc糖基化水平后能减小脑梗塞面积，提示O-GlcNAc糖基化可能在脑缺血损伤中也同样发挥保护作用。本项目将进一步应用脑缺血再灌注的细胞和动物模型，对缺血损伤后糖基化的表达及调控机制进行研究，再针对相应的调控环节应用药理学和分子生物学手段对糖基化修饰进行调节，观察糖基化水平变化对缺血损伤程度的影响，以期进一步明确其该保护作用，为脑缺血性损伤的防治提供新思路，也将为神经保护剂的开发提供新的靶点。

蛋白质O-GlcNAc糖基化是真核细胞中普遍存在的、动态的蛋白质翻译后修饰方式，在体内发挥着重要的功能。近年来，研究表明蛋白O-GlcNAc糖基化作为能量和应激感受器在机体受到伤害性刺激时糖基化水平会上调，从而增强机体的抵抗力，已在心肌细胞、离体心脏和动物实验上证实增加蛋白O-GlcNAc糖基化对心肌缺血损伤具有保护作用。脑缺血与心肌缺血具有颇为相似的病理生理学机制，但蛋白O-GlcNAc糖基化在缺血性脑损伤后的作用国内外尚未见报道。本课题较为系统的研究了脑缺血（包括永久性缺血和缺血再灌注）后蛋白O-GlcNAc糖基化的变化及调节机制，并且通过药物干预，转基因动物等手段探讨了蛋白O-GlcNAc糖基化在脑缺血中的作用。此外，还在细胞水平上探讨了蛋白O-GlcNAc糖基化对神经细胞凋亡调节的分子机制。研究结果表明：脑缺血后蛋白O-GlcNAc糖基化动态性升高，该变化与己糖胺通路流量和参与糖基化反应的酶OGT和OGA表达和活性有关。应用氨基葡萄糖和OGA抑制药Thiamet-G提高蛋白O-GlcNAc糖基化水平后减轻脑缺血的损伤，但高剂量的Thiamet-G引起的O-GlcNAc糖基化水平的过度增加对机体反而有害。GFAT的抑制药DON降低糖基化水平则加重脑缺血的损伤，与此相一致，在神经元选择性OGT敲除小鼠中，脑缺血的损伤较正常小鼠更重，死亡率也更高。该结果提示适度增加糖基化水平可增强机体对伤害性刺激的抵抗力。此外，我们还发现在小鼠永久性脑缺血后糖基化水平的上升和神经细胞的凋亡增加的时间点相一致，HEK293FT细胞过表达OGT后凋亡增加，其可能机制是升高的糖基化促进了AKT的Ser473和Thr308两个位点发生糖基化，下调AKT的活性后再引起下游底物Bad磷酸化下降，活化Caspase 3而引起凋亡。在小鼠脑缺血后，我们也发现糖基化水平和AKT的磷酸化之间呈负相关。该结果提示在脑缺血的早期升高的糖基化诱导了凋亡的增加，而凋亡的增加有时是机体的保护性反应，有助于重要细胞的生存。综上所述，该课题证实了缺血性脑损伤中蛋白O-GlcNAc糖基化的增加是一种内源性的应激保护机制，适度的增加糖基化水平对机体有利。该研究提出了脑缺血后机体自身保护性反应的新机制，为脑缺血性损伤的防治提供新思路，为神经保护剂的开发提供新的靶点。