miR-30a对神经细胞自噬调控在微波辐射致突触可塑性损伤中作用的基础研究

Health hazards induced by electromagnetic radiation arouse increasing concern. Microwave (MW) radiation causes synaptic plasticity injury and neuronal autophagy. Our group found that miR-30a in rat hippocampus reduced significantly after MW radiation.It is reported that the down-regulation of miR-30a reduces ischemic brain injury and enhances Beclin 1-mediated autophagy. However, the roles of miR-30aregulation on neuronal autophagy in the synaptic plasticity injury induced by MW radiation are still blank. This study focused on the changes of neuronal and mitochondrial autophagic bodies and lysosomal of rat hippocampus and related markers (LC3II/I, Beclin 1, LAMP1/2), genes (Atg5, 7, 9) and important regulatory molecules (mTOR, p-mTOR, AMPK, p-AMPK) after MW radiation, the changes of miR-30a expression, organizational positioning and target gene prediction, the effects of miR-30a intervention on neuronal autophagy, related markers, the signaling pathways involved and synaptic plasticity, to elucidate the molecular events of the synaptic plasticity injury induced by MW radiation and lay the foundation for the discovery of its sensitive indexes and drug targets.

电磁辐射的健康危害日益引起广泛关注。研究证实，微波辐射可引起突触可塑性损伤和神经细胞自噬。miR-30a是本课题组发现的微波辐射后大鼠海马组织中显著下调的非编码RNA，有报道其下调可减轻缺血性脑损伤、增强Beclin 1介导的细胞自噬。然迄今，miR-30a对神经细胞自噬调控在微波辐射后突触可塑性损伤中的作用研究尚属空白。为此，本研究拟在既往研究基础上，重点研究微波辐射后：大鼠海马神经元及其线粒体自噬小体和自噬溶酶体，自噬标志物（LC3Ⅱ/ I，Beclin 1，LAMP1/2）、相关基因（Atg5, 7, 9）及调控通路重要分子（mTOR，p-mTOR, AMPK, p-AMPK）的改变；miR-30a表达、组织定位和靶基因；miR-30a干预对神经细胞自噬、相关标志物、自噬调控通路及其对突触可塑性的影响等。该研究为阐明微波辐射致突触可塑性损伤的分子机制、探寻敏感指标和防治靶点奠定基础。

电磁辐射的健康危害已成为国际共识，其中最为敏感和重要的靶器官为脑，对人体最为重要的影响是对脑认知功能的影响。研究表明，一定强度的电磁辐射可引起脑组织结构（尤其是突触和线粒体）损伤、学习和记忆能力下降等。微波辐射不仅可造成脑组织突触结构可塑性损伤，同时可引起包括学习记忆能力在内的突触功能可塑性损伤，但目前微波辐射致突触可塑性损伤的分子机制尚未明确。本项目在前期研究工作基础上（国家自然科学基金项目81172620），采用生物电磁学、神经生物学、分子生物学等技术手段，从分子、细胞和整体水平探讨miR-30a 对神经细胞自噬通路的调控及其在微波辐射致突触可塑性改变中的作用，为阐明微波辐射致突触可塑性改变中的分子机制提供依据，为发现其敏感指标、生物标志物和防治药物靶点提供新思路，具有重要的理论和现实意义。本研究主要进展包括：第一，建立微波辐射致大鼠认知功能障碍和海马神经元突触可塑性损伤的模型，发现微波辐射引起神经元自噬明显活化，自噬体和自噬溶酶体数量增多，自噬标志物和相关基因表达上调，与自噬调控密切相关的信号分子mTOR抑制和AMPK激活。第二，发现微波辐射引起大鼠海马神经元miR-30a表达下调、分布减少，是微波辐射致大鼠海马神经元突触可塑性损伤和自噬活化的重要调控因子，并利用生物信息学的靶基因预测和双荧光素酶标记，确定AMPK(Prkaa2)是miR-30a调控自噬的潜在分子靶点。第三，建立微波辐射致NGF诱导的PC12细胞突触可塑性损伤的模型，发现细胞自噬激活，AMPK通路活化、mTOR抑制，miR-30a表达下调，其靶基因AMPK（Prkaa2）表达增加。第四，建立了miR-30a干预的PC12细胞模型，发现miR-30a过表达可抑制微波辐射后PC12细胞自噬活化，同时引起Beclin1和AMPK(Prkaa2)表达下调，表明AMPK是miR-30a调控自噬的分子靶点。第五，在miR-30a干预模型上，发现miR-30a高表达后PC12细胞突起损伤加重，表明微波辐射后神经元miR-30a表达下调保护突触可塑性损伤。