雄黄诱导中枢神经细胞Nrf2过表达的分子机制及其在学习记忆损伤中的作用研究

Realgar is a type of traditional chinese medicines containing arsenic. In our previous study, we found that the arsenic contained in realgar could cross the blood-brain barrier and accumulate in brain tissue, induced nuclear factor E2 related factor (Nrf2) overexpression, and resulted in impairment of the spatial learning and memory and novel object recognition in rats or mice. The project will study Nrf2 which is closely related to the occurrence and development of neurodegenerative diseases and arsenic poisoning. By experiments in vivo and in vitro, we will explore, ⅰ) Nrf2 upstream signaling pathway cross-talking with protein degradation pathway through Nrf2; ⅱ) effects and mechanism of MAPK and PI3K/Akt control the Nrf2 signaling pathway; ⅲ) effects and mechanism of MAPK and PI3K/Akt regulate the Nrf2 signaling pathway through autophagy; iv) UPS and autophagy target the degradation of Nrf2; v) overexpression of Nrf2 is a key role of neurotoxicity caused by realgar. To explore the roles and significance of these factors in the neurotoxicity caused by realgar. The results would determine the sensitivity of molecular targets and biomarkers, which provide a new theory basis and method for further studying prevention and treatment of drug-induced arsenic poisoning induced by realgar in the nervous system.

雄黄为含砷中药。我们前期研究发现，雄黄中砷可通过血脑屏障进入并蓄积在脑中，诱导核因子E2相关因子（Nrf2）持续活化，引起大/小鼠空间学习记忆和新事物识别能力障碍。本项目将以与神经退行性疾病及砷中毒密切相关的Nrf2为切入点，通过体内外实验，研究雄黄诱导下Nrf2蛋白过表达过程中，Nrf2上游信号通路及蛋白降解途径与Nrf2间的交叉对话是雄黄所致神经系统毒性的主要原因，以“MAPK、PI3K/Akt调控Nrf2”、“MAPK、PI3K/Akt调控自噬诱导Nrf2”、“UPS和自噬参与Nrf2蛋白降解”、“Nrf2在雄黄所致神经系统毒性中的主导作用”为研究主线，全面探索这些因素在雄黄所致神经系统毒性中的作用及意义，确定敏感分子靶点和生物标志物，为防治雄黄引起的药源性砷中毒所致的神经系统损伤提供理论依据和基础。

雄黄（Realgar）含砷，是常用中药。临床上因不合理服用含雄黄的中成药造成急慢性砷中毒事件时有发生。神经系统是砷的主要毒性靶器官之一。流行病学研究表明砷暴露与中枢神经退行性疾病发展存在联系，由雄黄引发的砷暴露和累积效应，特别是对人类神经系统的影响已成为人们关注的焦点。我们研究发现，雄黄中砷可通过血脑屏障进入并蓄积在脑中，引起大/小鼠空间学习记忆和新事物识别能力障碍。本研究通过体内外实验发现，雄黄可扰动MAPK（ERK1/2、p38 MAPK、JNK/c-Jun）、PI3K/Akt、Nrf2、UPS和自噬信号通路，进一步的研究提示这些信号通路并不是孤立的，而是通过内部分子间的相互作用彼此联系相互串扰。具体为：雄黄激活ERK1/2、p38 MAPK、Akt/Foxo3a和JNK/c-Jun信号通路；MAPK、PI3K/Akt促进Nrf2入核，激活Nrf2信号通路；MAPK、PI3K/Akt介导Beclin1-Vps34复合物扰动自噬的诱导过程，造成p62堆积，使自噬降解功能受阻；自噬介导p62-Keap1-Nrf2轴调控Nrf2信号通路。此外，为全面探索这些因素之间的内在联系，及其它们在雄黄所致神经系统毒性中的作用及意义，还采用常与雄黄配伍的牛黄的主要活性成分胆红素、大黄的主要活性成分芦荟大黄素进行干预实验，结果发现，牛黄和大黄对雄黄扰动的MAPK、PI3K/Akt、Nrf2和自噬信号通路具有拮抗作用。因此，最后确定ERK1/2、p38 MAPK、JNK、Akt、Nrf2、p62为雄黄诱导的中枢神经系统毒性的敏感分子靶点和生物标志物，为防治雄黄引起的药源性砷中毒所致的神经系统损伤提供理论依据和实验数据。