虫草素对缺血性脑损伤诱发的兴奋性神经毒性的保护作用及其机制研究

Cordycepin is the main functional component of cordycepins militaris, a renowned traditional Chinese medicine. Cordycepin possesses an important neuro-protective effect against ischemic brain injury. However, the exact neuro-protective mechanism of cordycepin is poorly understood. Excitatory neurotoxicity, a process result from excessive activation of postsynaptic glutamate receptors induced by excess/excitotoxic glutamate exposure, is considered to be a major pathophysiological mechanism of cell death in a number of central nervous system diseases including ischemic brain injury. Our previous studies have shown that cordycepin can suppress excitatory glutamate synaptic transmission via a presynaptic mechanism and can also inhibit neuron activity under physiological condition. These results pose an insight that the neuro-protective effect of cordycepin against ischemic brain injury may contribute to its anti-excitatory neurotoxicity. In this study, the neuro-protective effects of cordycepin against ischemic brain injury and its potential anti-excitatory neurotoxicity mechanism will be studied through ischemic brain injury model in animal, brain slice, cultured neuron by using electrophysiology methods, biochemical technology and a novel cell-attached capacitance measurement. This study will provide an evidence for development of cordycepin as a novel potential therapeutic strategy for ischemic and other excitotoxic disorders.

虫草素为名贵天然中药材冬虫夏草的主要活性成份之一。近年的研究表明虫草素对缺血性脑损伤具有重要的保护作用，但目前对其确切的神经药理学机制仍知之甚少。兴奋性神经毒性是指由于谷氨酸递质过度释放，引起突触后谷氨酸受体持续激活而对细胞造成的损伤过程,它在包括缺血性脑损伤等许多神经系统疾病的发生过程中扮演着重要的角色。申请人前期工作表明，在生理状态下，虫草素可以显著抑制突触前谷氨酸递质的释放并降低神经元的兴奋性，提示虫草素对脑缺血的保护作用可能与其抗兴奋性神经毒性有关。因此，在本项目中，我们拟在建立缺血性脑损伤模型的基础上，采用电生理技术,生物化学技术并结合国际上最新的细胞贴附式电容膜片钳技术，在在体动物，离体脑片，培养细胞等不同层面对虫草素的缺血性脑损伤的保护作用及抗兴奋性神经毒性保护作用机制进行系统深入的研究。本项目将为深入阐明虫草素对缺血性脑损伤的防治机制提供理论和实验依据。

虫草素为名贵天然中药材冬虫夏草的主要活性成份之一。近年的研究表明虫草素对缺血性脑损伤具有重要的保护作用，但对其确切的神经药理学机制仍知之甚少。在本项目中，我们在建立缺血性脑损伤模型的基础上，采用电生理技术,生物化学技术并结合国际上最新的细胞贴附式电容膜片钳技术，从在体动物，离体脑片，培养细胞等不同层面对虫草素的缺血性脑损伤的保护作用及抗兴奋性神经毒性作用机制进行系统深入的研究。结果表明：（1）虫草素(20 mg/kg)能够明显改善脑缺血损伤大鼠的学习记记忆能力，抑制大鼠海马PP-DG基础突触传递水平(fEPSPs)，提示虫草素对缺血性脑损伤的保护作用可能与其调控神经系统兴奋性机制相关；（2）脑片膜片钳实验发现虫草素能够明显对抗缺氧诱导的神经元膜电位去极化进程，保护神经元电生理发放特性，明显提高神经元的耐缺氧能力。该结果表明虫草素的缺血性脑损伤的保护作用与其抗兴奋性神经毒性相关，并且这种保护保用与其抑制谷氨酸能突触传递，选择性调控电压门控离子通道活性及神经系统信号传递等机制相关。（3）采用原代细胞培养模式研究发现，虫草素在一定浓度范围内(8-60 µM)能明显对抗Aβ诱导的兴奋性神经毒性损伤，作用机制可能与其抗氧化，抗细胞凋亡等作用相关。采用碳纤维电极记录和细胞贴附式膜电容记录技术，对虫草素在递质囊泡运输调控中的作用进行了进一步探索。实验发现，虫草素对培养的肾上腺髓质嗜铬细胞膜表面的囊泡转运具有明显调控作用，虫草素可抑制肾上腺髓质嗜铬细胞膜表面囊泡胞吐及胞吞事件的发生频率，且这种抑制作用主要是通过胞吐频率降低引起的，该结果提示，虫草素对兴奋性突触传递的调控作用可能与其参与递质囊泡循环（胞吐与内吞）的调控有关。综上，我们的项目所取得的结果明确表明，虫草素对脑缺血缺氧的保护作用与其调控神经系统的兴奋性直接相关。本项目所取得的结果为深入阐明虫草素对缺血性脑损伤的防治机制提供了理论和实验依据。