PAR信号抑制分子Iduna在低温脑保护中的作用及机制研究

Hypothermia is an effective therapeutic intervention to reduce perinatal hypoxic ischemia(HI)brain injury,but the mechanisms of hypothermia-induced neuroprotection are not well understood.In a cardiac arrest-induced neonatal HI model,we found that early after resuscitation, glutamate NMDA receptor-induced excitotoxicity and oxidative stress play important roles in striatal neurodegeneration.Recent studies demonstrated that glutamate excitotoxicity and oxidative stress may lead to the cell death through activation of poly(ADP-ribose)(PAR)polymer signals.Iduna is a recently charactered NMDA-induced endogenous survival protein which is neuroprotective against glutamate-mediated excitotoxicity both in vivo and in vitro through binding to specific PAR sites and inhibiting PAR polymer-induced cell death(parthanatos).We evaluated the effect of therapeutic hypothermia on PAR and Iduna expression in a rodent HI model.Results showed that PAR polymer was significantly elevated in striatum during early recovery from resuscitation,then Iduna expression was increased in this area after hypothermia treatment.But whether the neuroprotection of hypothermia is related to the inhibition of the PAR signals are not known.The aim of this study is to investigate the effects and related molecular mechanisms of Iduna and PAR polymer signaling on hypothermia-induced neuroprotection in neonatal brain damage from hypoxic-ischemia in vivo and in vitro.

低温是新生儿缺氧缺血性(HI)脑损伤最具前景的治疗措施，但其神经保护机制尚不完全清楚。谷氨酸NMDA受体介导的兴奋毒性在HI脑损伤中扮演重要角色。有证据显示谷氨酸作用于NMDA受体，可激活PAR聚合物死亡信号通路。新近发现NMDA受体诱导的生存蛋白Iduna是一种内源性PAR信号抑制剂，可通过与PAR特异性结合，抑制PAR信号通路引起的细胞死亡(Parthanatos)，减轻谷氨酸NMDA受体介导的兴奋毒性。我们预实验发现，低温治疗后，HI脑组织中PAR水平下降，而Iduna表达显著升高。因此推测，低温对HI脑损伤的保护极可能与抑制PAR信号通路介导的细胞死亡有关。本项目拟以PAR通路抑制分子Iduna为切入点，通过基因过表达，在动物和细胞水平，从基因表达、蛋白合成及磷酸化等不同层面，研究并阐明Iduna在低温脑保护中的作用及相关分子机制，为有效扩大低温脑复苏治疗时间窗提供新的靶点和方向。

低温是有效治疗新生儿缺氧缺血性(HI)脑损伤的措施之一，但其神经保护机制尚不完全清楚。HI脑损伤后可激活PARP1产生PAR聚合物，引起线粒体AIF发生核转位，导致细胞死亡。Iduna是一种内源性PAR信号抑制剂，可通过与PAR特异性结合，抑制PARP1依赖性细胞死亡(Parthanatos)。本项目通过体内体外实验，探讨Iduna在HI脑损伤及低温脑保护中的作用。结果首先证实Iduna在新生鼠脑组织中主要分布在海马和皮层区域的神经元胞浆中；然后通过构建过表达Iduna慢病毒并成功上调神经元中Iduna含量，通过离体实验对比观察发现，过表达Iduna及低温均可有效减轻OGD神经元损伤，但联合治疗缺乏预期的协同神经保护作用。另外，证实了过表达Iduna和低温干预均可有效减少OGD所致的海马神经元凋亡，减轻OGD神经元的DNA损伤，抑制PARP1过度激活，减少PAR过度堆积，阻止线粒体AIF核转位的同时增加了内源性Iduna的表达量。最后，通过复制HI脑损伤模型，观察证实随缺氧时间延长，新生鼠长期记忆能力明显减弱、大脑皮层组织损伤更加严重、神经存活数量减少更加明显、神经细胞DNA损伤越发严重，且皮层脑组织中Iduna蛋白含量显著下降，线粒体AIF含量减少而胞核内AIF含量明显增多，且脑内Iduna表达与核内AIF蛋白的含量呈明显的负相关(r=0.950;P< 0.0001)。HI后即刻低温2小时可逆转上述变化。提示缺氧缺血性脑损伤后，Iduna表达下降可能是引起AIF核转位与细胞死亡的原因之一，而低温脑保护可能与抑制HI后PAR/AIF这一病理生理过程有关。课题实施期间已发表学术论文5篇，为新生儿缺氧缺血性脑损伤的防治提出了新的见解。