Brimonidine对SGNs轴突突触间隙谷氨酸-谷氨酰胺循环的影响

One recent work suggests that injury of afferent nerve terminals leads to delayed degeneration of spiral ganglion neurons (SGNs)(by 1~2 years). The status of synapses is closely related to the survival of SGNs. Alleviate the impairment of synapses is of great significance for protection of SGNs and hearing. Our initial studies confirm that brimonidine can protect hearing and protect synapses of SGNs against the glutamate excitotoxicity such as noise exposure impairment through the modulation of glutamate receptors(AMPA) . We found that brimonidine can protect rat SGNs from glutamate excitotoxicity lesion in vitro. The mechanism of how the brimonidine influence the glutamate-glutamine cycle around synapses of SGNs deserves further exploration. This project establishes a noise-exposed cochlea model, using multiple modalities, such as molecular biology, morphology, and pharmacology, in vitro and in vivo，to explore the influence of brimonidine on the following: 1. The glutamate released from inner hair cells; 2. The glutamate receptors of SGNs; 3. The glutamate transporters in supporting cells; 4. The long term survivals of SGNs under the glutamate excitotoxicity. The results may offer a new approach to alleviate glutamate excitotoxicity around synapses of SGNs and provide a novel direction for the protection of SGNs and hearing.

最新报道，耳蜗螺旋神经节细胞（SGNs）轴突突触损伤后，部分SGNs胞体在1~2年后死亡。SGNs轴突突触状态与SGNs存活密切相关。减轻突触损伤是保护SGNs，保护听力的重要一步。我们发现，α2肾上腺素受体激动剂brimonidine对谷氨酸兴奋性损伤如噪声损伤下SGNs突触有保护作用，其可稳定AMPA受体表达，明显保护听力。体外实验中，brimonidine可保护SGNs对抗谷氨酸兴奋性损伤。Brimonidine对SGNs突触间隙谷氨酸-谷氨酰胺循环的影响和机制需深入研究。本课题运用分子生物学、形态学、药理学等方法，建立噪声损伤模型，体内体外实验相结合，研究brimonidine对：1. 内毛细胞谷氨酸释放；2. SGNs谷氨酸受体表达；3. 支持细胞谷氨酸转运体表达；4. SGNs远期存活等方面的影响，以期找到减轻突触间隙谷氨酸损伤的方法，为保护SGNs，保护听力提供新的方向。

耳蜗螺旋神经节细胞（SGNs）轴突突触损伤后，部分SGNs胞体在1~2年后死亡。SGNs轴突突触状态与SGNs远期存活密切相关。减轻突触损伤是保护SGNs，保护听力的重要一步。噪声暴露可直接损伤耳蜗毛细胞和SGNs。一定程度的噪声暴露后，小鼠尽管听力可逆，毛细胞没有丢失，却导致大部分内毛细胞突触永久性丢失，继发SGNs胞体丢失。而在噪声性听力损失的因素中，谷氨酸（Glu）兴奋性损伤是导致突触损伤的最重要因素，因此，干预Glu代谢，干预Glu-谷氨酰胺循环，降低Glu兴奋性损伤，对保护SGNs、保护听力意义重大。.我们前期研究发现，α2肾上腺素受体（α2-ARs）激动剂brimonidine对Glu兴奋性损伤如噪声损伤下SGNs突触有保护作用，其可稳定AMPA受体表达，明显保护听力。本课题运用分子生物学、形态学、药理学等方法，建立噪声损伤小鼠模型，研究brimonidine对：1. 内毛细胞谷氨酸释放；2. SGNs谷氨酸受体表达；3. 支持细胞谷氨酸转运体表达；4. SGNs远期存活等方面的影响。.我们发现brimonidine对小鼠听力有明确的保护作用，在噪声暴露后2天， brimonidine在中、高频能挽救20~30分贝的阈移。尽管在2周时全部小鼠听力恢复正常，但继续随访小鼠至62周，发现brimonidine的远期听力保护效果展现出来（阈值提高20分贝）。进一步研究发现，brimonidine对Glu兴奋性损伤下的SGNs胞体、轴突及突触具有保护作用，并且brimonidine对突触的短期保护作用，将影响到SGNs的远期存活。我们应用Real time PCR，Western Blot和共聚焦显微镜免疫荧光法探明brimonidine通过影响SGNs轴突突触间隙谷氨酸-谷氨酰胺循环来保护突触。Brimonidine主要影响Glu的合成而非清除来降低突触间隙Glu浓度。Brimonidine降低p-ERK的表达，并增加SynapsinⅠ表达。结合RNA高通量测序发现brimonidine影响了突触和免疫相关通路，推测“调节免疫”是其保护耳蜗神经和突触的作用机制之一。.本研究结果阐明α2-ARs功能，揭示突触保护的重要性，证明brimonidine是保护SGNs轴突突触的有效药物，可将SGNs损伤控制在第一步，对保护听力意义重大。研究结果对耳蜗Glu兴奋性损伤所