预运动训练诱导的肌源性白介素-15对MPTP致小鼠帕金森发病的干预：自噬与凋亡平衡的机制研究

Parkinson's disease (PD) is a neurodegenerative disease which is a serious threat to the elder group. Our previous study have found that enhanced autophagy levels induced by mitochondrial played an important role in the protective process of prior -exercise training on PD. These studies will analysis the changes of balance between autophagy and apoptosis in the mouse model response to the MPTP toxicity. The resistance- and endurance-type exercise intervention models in mouse are built to observe the remote-control role of muscle-derived IL-15 on brain and striatum of PD mouse, and its interaction with the age factor, from the point of view of the balance between autophagy and apoptosis. Cell model is built by electrical stimulation of C2C12 myotubes and incubation the PC12 cells with the culture medium. Intervention means of the RNAi IL-15, RNAi PGC-1α and blockers added to C2C12 were used to further study the mechanism of IL-15 action. Injection of blocker of IL-15 and IL-15 to the wild-type and IL15-/- mice correspondingly after resistance training are devised to further demonstrate the hypothesis that IL-15 as a messenger molecule mediate the cross-talk between skeletal muscle and brain.The study will provide new ideas and direct theoretical basis for the neuroprotective role of the prior exercise training on the PD.

我们前期研究发现线粒体相关的自噬在预运动训练延缓PD发病过程中发挥了重要作用。本研究拟在此基础上，进一步分析机体在应对MPTP毒性机制过程中自噬与凋亡平衡的动态变化，及其与线粒体稳态之间的关系。建立两种早期运动（抗阻和耐力）干预PD发病小鼠模型，从自噬与凋亡平衡的角度，以肌肉因子IL-15为切入点，观察运动运动诱导的肌源性IL-15对PD模型小鼠中脑和纹状体的远程调控作用，及其与年龄因素的交互影响。通过电刺激C2C12肌管细胞，取培养液孵育PC12细胞，在细胞水平上模拟预运动对PD模型的影响，同时应用RNAi IL-15，RNAi PGC-1α等干预手段，进一步研究IL-15作用机制；选取野生小鼠和IL15-/-小鼠进行抗阻运动，分别注射IL-15阻断剂和IL-15，再次论证IL-15作为信使分子介导骨骼肌与脑cross-talk的研究假设，为运动延缓PD发病的提供新的思路和直接的理论依据

帕金森病（PD）是严重威胁老年人的神经退行性病变。本研究从自噬与凋亡平衡的角度，以IL-15为切入点，在青年基金课题的基础上，进一步探讨其发病机制。首先课题组以增龄小鼠为模型，通过腹腔注射 MPTP 诱导建立 PD 模型，研究自噬与凋亡平衡的增龄性改变对 MPTP 毒性机制的影响，及其与线粒体稳态变化的关系。研究发现伴随增龄进程小鼠对MPTP的敏感性逐渐加强，脑组织自噬代偿能力逐渐下降，凋亡水平逐渐增高，MPTP对老年小鼠的影响最为明显。其次建立两种早期运动（爬梯和跑台）干预PD发病小鼠模型，我们发现早期耐力跑台运动和爬梯运动均可使线粒体融合分裂处于高水平动态平衡，自噬水平相应增高，凋亡受到抑制；当MPTP损害发生时，自噬和凋亡水平的变化改善了中脑和纹状体线粒体功能，发挥了神经保护作用。MPTP损害发生后可反馈性引起IL-15水平增高，两种早期耐力运动方式均可提高小鼠中脑和纹状体IL-15，IL-15Rα水平。推测耐力运动可通过PGC-1α/IL-15/TNF-α/BCL2这一信号通路参与了中脑和纹状体自噬和凋亡平衡的调控。与耐力跑台运动相比，早期爬梯运动能够有效地改善MPTP所致的小鼠行为学变化，缓解脑线粒体功能损伤。接下来，研究进一步从细胞学实验上通过调控自噬水平，观察自噬和凋亡平衡的改变在PC12细胞应对MPP+毒性损伤中的作用。研究发现在MPP+诱导的PD细胞中上调自噬，可下调凋亡水平，提高线粒体分裂，提高线粒体膜电位，提高细胞存活率，发挥保护作用。下调自噬水平则反之。最后，通过构建IL-15-/-骨骼肌条件性基因敲除小鼠，进行运动干预，我们观察了小鼠脑和骨骼肌中IL-15含量变化，论证运动诱导的 IL-15 可能作为信使分子介导骨骼肌与脑cross-talk的研究假设。相关研究为运动延缓PD发病提供了新的思路和直接的理论依据。