线粒体自噬对高原低氧环境下神经元转归影响的分子病理机制研究

Under high altitude environment, hypoxia is the most important reason for high altitude sickness, especially high altitude brain damages. Moreover, neuronal prognosis is the core factor that influences the extent of acute and chronic bran damages (structure and function). However, there were few studies that reported neuronal prognosis after exposure to high altitude hypoxia. In our previous study, we found that both apoptosis and autophagy, especially mitophagy, were induced in neurons after exposure to high altitude hypoxia, indicating that mitophagy might affect the neuronal prognosis in this environment. On the basis of our previous studies, under high altitude hypoxia environment, the spatial and temporal variation of mitophagy in neurons and effects of various altitude and exposure time on mitophagy as well as their influence on neuronal prognosis will be investigated. It is possible to clarify the molecular network and important signaling of mitophagy under high altitude hypoxia environment and to provide a theoretical basis for the design and verification of new strategy on prevention and treatment of high altitude brain damages.

高原环境下，低氧是引起高原反应，特别是高原脑损害的最主要因素，而随后发生的神经元的不同转归是决定急性与慢性脑结构与功能损害程度的核心因素，但对高原低氧环境下神经元损害及转归鲜有研究，缺乏相应理论指导治疗。我们的前期研究发现，在高原低氧环境下，神经元不但可发生凋亡，还可发生自噬，尤其可出现线粒体自噬，提示在这种特殊环境下线粒体自噬可能影响神经元的最终转归。本课题拟在以往工作基础上，深入研究高原低氧环境下，线粒体自噬在神经元中的时空变化规律及作用；探讨不同海拔、不同时间低氧时间等因素下线粒体自噬对神经元转归中的作用、影响和调控机制；阐明高原低氧环境线粒体自噬相关的分子机理与重要信号途径，为设计和验证高原脑损害的预防和治疗新策略提供理论依据。

本项目所有实验严格按照研究计划顺利进行，基本完成所有研究任务。在成功建立神经元低氧模型和小鼠高原低氧模型基础上，利用Western-blot、免疫组化、RT-PCR、电镜及组学研究等技术方法，主要有如下发现： 高原低氧环境下，随着暴露时间延长或海拔高度上升，小鼠海马神经元水肿逐渐加重，学习记忆能力受损，负性情绪增加，神经元自噬水平上调，同时存在自噬激活与降解受阻。若激活自噬，小鼠学习记忆能力损伤减轻，神经元损伤减轻；若抑制自噬，小鼠学习记忆能力损伤加重，神经元损伤加重。其次，我们通过比较蛋白质组学的方法（iTRAQ）及多组学联合手段进行蛋白表达谱对比分析，发现线粒体动力学、乙酰化及泛素化相关通路与自噬密切相关，其关键分子如Mfn2、Sirt3及RNF146可能参与调控自噬，随后，针对这些分子开展功能学验证，如正性调控自噬的Sirt3、Mfn2、 Homer1a，以及负性调控自噬的RNF146等。进一步开展自噬相关分子作为标志物的人群研究。我们建立了高原研究数据库，并开展基因组学研究，发现ADRA1A、TNC、CAMTA2、VPS8等基因位点突变可能通过调控自噬影响人类急性高原反应。研究从神经元自噬方面为高原脑损害预防和治疗提供了新思路。通过五年的研究，我们发表论文25篇，包括SCI论文19篇，他引216次；获国家实用新型专利6项。培养了博士后2名，博士研究生10名，硕士研究生8名，多次受邀在国际及国内会议上发表特邀报告。