糖原合成酶激酶-3β信号通路调控缺氧缺血后神经元轴突再生的机制

Axonal regeneration is critical for neural repair after hypoxic-ischemic encephalopathy. Recent research has found that glycogen synthase kinase-3β (GSK-3β) inactivation by phosphorylation could promote formation of new axons in neuronal development. In previous study，we have found that GSK-3βactivation via dephosphorylation could mediate axonal injury after hypoxia-ischemia. However, in neonatal animal after cerebral hypoxia-ischemia, it is unclear whether the phosphorylation of GSK-3β could regulate protein synthesis associated with axonal regeneration? Which proteins are involved in signal transduction of GSK-3β? Could inhibition of GSK-3β promote axonal regeneration? Could axonal regeneration mediated by GSK-3β inhibit neuron death? In this project, we will establish a hypoxic-ischemic brain injury model in neonatal rat and an oxygen-glucose deprivation model in neurons. With these models, we will explore the mechanism of GSK-3β pathway in axonal regeneration and neural death, using knockout or over-expression of GSK-3β. Our studies will provide new cues in the therapeutic strategies for neonates with hypoxic-ischemic encephalopathy.

轴突再生对新生儿缺氧缺血性脑病神经损伤后的修复具有重要意义。近年研究发现，在神经元发育中，糖原合成酶激酶-3β（glycogen synthase kinase-3β, GSK-3β）磷酸化后失活，可促进新生轴突形成。在前期研究中，我们发现GSK-3β在缺氧缺血后发生去磷酸化而激活，加重神经元轴突损伤。但是，在新生动物脑缺氧缺血后，GSK-3β磷酸化能否调控下游轴突再生相关蛋白的合成？参与GSK-3β信号转导的重要蛋白是什么？抑制GSK-3β可否促进轴突再生？GSK-3β介导的轴突再生可否抑制神经元死亡？目前尚未明确。本课题拟在体内新生鼠缺氧缺血模型和体外神经元氧糖剥夺模型中，应用GSK-3β敲除或高表达方法，探讨GSK-3β信号通路对神经元轴突再生及神经元死亡的调控机制，为新生儿缺氧缺血性脑病的治疗提供新思路。

新生儿缺氧缺血性脑病(Hypoxic-ischemic encephalopathy, HIE)是足月儿残疾的主要原因之一，25％患儿遗留包括脑瘫，认知功能障碍，听力缺失等在内的永久性神经后遗症。迄今为止，HIE治疗仅局限于对症支持，缺少特异性治疗手段。轴突损伤不仅是多种神经系统疾病的特征性事件，而且是多种神经损伤的共同结局。脑缺氧缺血可抑制神经元轴突的生长、分化，破坏神经网络的形成，是引起HIE神经系统后遗症的重要原因之一。在发育期缺氧缺血脑损伤时，轴突损伤后再生的信号调控机制，目前尚未完全清楚，是本课题需要探讨的重要内容。. 轴突内源性再生能力不足对于轴突再生具有深远的影响。轴突再生需要神经元内蛋白合成和微管重组以重建轴突细胞骨架，延长轴突。我们设想，新生动物在缺氧缺血应激时，脑组织内糖原合成酶激酶-3β（GSK-3β）活性增强，可抑制mTOR活性，下调效应蛋白p70S6K活性，最终引起轴突再生困难，诱导神经元死亡。我们推测，抑制GSK-3β可诱导下游 mTOR/p70S6K/Tau信号通路活化，是缺氧缺血性脑损伤后轴突再生的重要机制之一。.我们经过实验已证实，缺氧缺血应激时GSK-3β活性异常增加，可抑制mTOR活性，引起mTOR下游效应蛋白，包括p70S6K、S6、4E-BP1等活性下降，轴突相关蛋白Tau蛋白表达下降，轴突密度下降，轴突损伤标志物APP表达增加。使用GSK-3β化学抑制剂LiCl和合成的GSK-3β-siRNA，可增加mTOR及其下游蛋白活性，增加轴突密度，抑制轴突损伤标志物APP表达。. 此外，鉴于新近文献报道，mTOR活性与突触功能紧密相关，我们探索GSK-3β/mTOR与突触功能关系研究。我们实验发现，突触前标志物 synapsin 1 和突触后标志物PSD-95、GluR1均在缺氧缺血后表达下降；通过抑制GSK-3β，可激活mTOR，导致下游突触前标志物 synapsin 1 和突触后标志物PSD-95、GluR1表达增加，改善新生大鼠记忆功能，减轻缺氧缺血后脑组织损伤。. 我们的研究阐明了GSK-3β/mTOR信号通路对神经元轴突再生和突触功能的调控作用，为新生儿HIE的治疗提供新思路。