线粒体DNA碱基修复调控因子APE1和TFAM在癫痫发病及神经损伤中的作用研究

Recurrent epilepsy can result in mitochondrial damage in ultrastructure and function. Mitochondrial base excision repair system(mtBEA) is an essential mtDNA repair mechanism which is important to mtDNA and mitochondrial function. However, the mechanism of mtBEA in the pathogenesis of epilepsy and nerve injury has not yet been elucidated. Our previous study found that the function of mtBEA showed decline in hippocampal neurons of epileptic rats. Moreover, the expression levels of TFAM and APE1 were reduced, which are important regulators of mtBEA. This suggests that mtBEA dysfunction may play an important role in epilepsy-induced nerve injury and repair, which may be an important mechanism of epilepsy. In order to further explore the role of APE1 and TFAM in the pathogenesis of epilepsy and nerve injury caused by seizures, our group intends to regulate the expression level of APE1 and TFAM in epilepsy model through the way of gene gain or loss in vivo and in vitro. We will observe the regulation mechanism of mitochondrial DNA base excision repair pathway in epilepsy model to deeply explore of the molecular mechanism of epilepsy and nerve injury caused by seizures, which can also provide a new theoretical foundation and drug targets for the prevention and treatment of epilepsy.

反复的癫痫发作会引起线粒体的结构及功能损伤，线粒体的碱基切除修复是保证线粒体DNA完整性的重要途径，在维持线粒体结构和功能中意义重大，但是线粒体碱基切除修复在癫痫发病及神经损伤中的作用机制仍未被阐明。我们前期研究发现癫痫大鼠海马神经元线粒体DNA的碱基切除修复功能下降，而且碱基切除修复的重要调控因子TFAM和APE1的蛋白表达水平降低，提示我们线粒体DNA的碱基切除修复功能障碍可能在癫痫所致神经损伤及修复中起到重要作用，可能是癫痫发病的重要机制之一。为了进一步探讨碱基修复调控因子APE1和TFAM在癫痫发病及癫痫所致神经损伤中的作用，本课题组拟通过体内外基因获得或缺失的方式来调控癫痫模型中APE1和TFAM的表达水平,观察癫痫模型中线粒体DNA碱基切除修复通路的调控机制，深层次探究癫痫发病及癫痫导致神经损伤的分子机制，为其防治提供新的理论基础及药物靶点。

癫痫是神经系统常见病 ，癫痫反复发作可导致严重的神经损伤，进而引发神经认知功能障碍。以往研究认为氧化应激是癫痫发生的重要环节，在癫痫的发生发展中扮演重要角色，而线粒体又是氧化应激的关键靶点，故越来越多的研究者认为线粒体功能障碍与癫痫的发生密切相关，然而脱嘌呤/脱嘧啶核酸内切酶 1 （apurinic/apyrimidinic endonuclease 1 ，APE1）是 mtDNA 碱基切除修复途径的主要限速酶，线粒体转录因子 A （mitochondrial transcription factor A ，TFAM）是参与 mtDNA 碱基切除修复的关键转录因子 ， 二者均与与 mtDNA 的碱基切除修复过程密切相关，目前癫痫发病机制尚未完全清楚，目前可用的治疗方法主要包括药物治疗和手术治疗，但是治疗效果有限，因此，有必要深入了解线粒体 DNA 碱基切除修复系统相关的关键酶 APE1 及转录因子 TFAM 在癫痫的发生发展中作用机制的研究对于阐明癫痫的发生发展具有重要的现实意义。首先我们建立了体外小鼠癫痫模型，通过病理切片观察海马区神经元的病理学损伤情况，使用 HE 和Nissl 染色法观察，结果发现SE 后 24h 组的小鼠海马 CA1 区和 CA3 区可见神经元的缺失，细胞排列呈现出松散、无序等状态；其次Western Blot、Q-PCR 及免疫组化结果显示，与对照组相比，APE1 的表达在 SE 后 6h、12h 增高，TFAM 在 SE 后 6h 降低，12h增高，在 SE 后 24h 的表达趋于正常；最后在慢性癫痫模型中，透射电子显微镜提示，与正常对照组相比，癫痫模型组线粒体双层膜模糊，溶解，或者破裂，线粒体明显的水肿，体积增大，脊溶解、消失伴空泡化及部分空泡化。本项目的研究成果阐述了氯化锂-匹罗卡品诱发的小鼠癫痫模型中出现小鼠海马神经元损伤，APE1 和 TFAM的表达在癫痫发作急性期有增高的趋势、透射电子显微镜显示线粒体出现损害，建立了癫痫与线粒体/线粒体碱基切除修复因子之间的相互联系，在线粒体癫痫治疗领域具有较大的临床应用前景。