水通道蛋白9在脑缺血后乳酸转运中的作用及其机制研究

脑组织缺血缺氧引发的能量代谢障碍是神经元凋亡和坏死的主要原因。乳酸是脑缺血缺氧后神经元恢复能量代谢的重要底物。一般认为乳酸是由单羧酸转运体（MCT）转运。然而，离体实验发现单纯阻断MCT却不能完全阻断乳酸的转运，提示乳酸可能通过MCT途径以外的其他通道进行转运。水通道蛋白9（ AQP9）能转运水、甘油和乳酸等多种物质。AQP9对乳酸的通透性与pH值有关。我们的前期实验表明脑缺血后，伴随着乳酸生成增多，AQP9的表达上调，提示其可能与乳酸的转运有关。据此，本课题拟通过建立脑细胞缺氧低糖及脑缺血动物模型，从离体和在体两方面，运用形态学、分子生物学等多种实验方法观察缺血缺氧条件下AQP9的表达变化及其与MCT在乳酸转运中的关系，并对AQP9的表达调控机制进行研究，为阐明AQP9在脑能量代谢中的作用提供实验依据。

本课题研究了大鼠脑组织中AQP9与MCT在正常和急性脑缺血后对乳酸转运的作用。首先我们系统研究了AQP9与MCT在大鼠脑组织中的表达情况。实验结果表明： AQP9在大鼠的软脑膜、室管膜、海马（CA1，CA2，CA3）、背侧丘脑和白质上有表达。MCT1主要在大鼠脉络丛，血管内皮细胞和室管膜上表达；MCT2阳性神经元在大脑皮质、海马、小脑浦肯野细胞层内有分布，与既往报道相一致。除此之外，嗅球、间脑、小脑及脑干的多种核团内也有MCT2阳性神经元分布。MCT4阳性细胞分布于星形胶质细胞，主要定位于星形胶质细胞的胞体。在大脑皮质、下丘脑及脑干的分布具有广泛性和均匀性，其胞体较小且突起少。上述结果提示，AQP9与MCT在脑组织中某些区域共表达而某些部位表达不同。提示二者可能在不同脑区发挥协调或者独立作用。其次，我们检测了AQP9与MCT在脑缺血后的变化。实验结果显示,缺血后伴随着乳酸浓度的增加，AQP9和MCT的表达较对照组均有明显增高：AQP9随缺血时间延长而不断升高, MCT1,2和4也有相似的变化。我们在体外的原代星型胶质细胞和神经元的培养中检测到，氧糖剥脱（OGD）1,3和6h后，AQP9和MCT1，2和4的表达亦同时升高。对培养液中的乳酸含量我们同时进行了测定，结果提示随着OGD时间的延长而乳酸含量升高。再次，我们分别利用siRNA和4-CIN抑制AQP9和MCT的表达，同时检测AQP9和MCT的表达情况，证实上述方法确实可以有效降低AQP9/MCT的表达，而与之伴随的是培养液中乳酸含量亦同时增加以及MCT/AQP9的表达上调。我们的结果初步提示，AQP9可以协同MCT参与了缺血缺氧后乳酸的转运。最后，我们检测了PI3K/ATK通路对AQP9的影响，加入PI3K抑制剂可显著下调OGD后AQP9的表达，提示此通路参与了缺血缺氧后AQP9的表达调节。除此之外，我们还观察了AQP9在其他模型中的表达，在脑外伤和高渗条件下的，随乳酸浓度的增加，AQP9的表达增强；同时MCT随着肿瘤级别的增加，其表达增强。综述所述，脑缺血后，AQP9协同MCT转运脑组织中的乳酸，此途径受PI3K/AKT通路调控。