miR-124靶向PIK3CA调控PI3K/Akt通路在稀土元素镧致仔鼠神经毒性的研究

Environmental lanthanum exposure can seriously damage the children's intelligent development, but the toxicological mechanisms involved remains poorly understood.Our previous study showed that lanthanum could reduce the amplititude of LTP, and reduce ectopic activity of NF-κB, which suggested the neurotoxicity of lanthanum may be related to downregulation of NF-κB activity. miR-124 is the most abundant miRNA in the nervous system, regulates PI3K/Akt signaling pathway by targeting PIK3CA, and maintains normal function of nerves. NF-κB is a downstream factor of PI3K/Akt signaling pathway. If the activity of NF-κB is downregulated exposed to lanthanum, the transmission of PI3K/Akt signaling pathway might inevitably be interfered, and lead to decreasing of learning and memory ability. In present study, animal toxicity examination will be used, and the technologies of electrophysiology, molecular biology and biochemistry will be applied, the main aim of this study is to explore the effect of lanthanum exposed on PI3K/Akt signaling pathway regulated by miR-124 targeting PIK3CA, and the results of the present study might provide scientific reference for the clarification of the target site of lanthanum and provide theoretical reference to prevent mental retardation of children exposed to lanthanum even to rare earth elements.

环境镧暴露严重影响儿童的智力发育，但其机制目前尚未阐明。我们的前期工作发现，镧可引起仔鼠LTP幅值减弱，并导致海马NF-κB核异位减少，提示镧的神经毒性作用可能与NF-κB活性下调有关。miR-124是神经系统内含量最多的miRNA，通过靶向抑制PIK3CA表达调控PI3K/Akt信号通路，维持正常神经功能。NF-κB是PI3K/Akt信号通路的下游效应基因，如果镧暴露引起NF-κB活性下调，势必造成PI3K／Akt信号通路表达异常，进而出现学习记忆能力下降。本研究拟通过整体动物和离体脑片实验相结合的方法，应用神经行为学、电生理学、生物化学和分子生物学技术从突触可塑性、基因转录和蛋白表达水平深入探讨仔鼠镧暴露后对miR-124靶向PIK3CA调控的PI3K／Akt信号通路的影响，为揭示镧智力损伤的靶作用位点提供科学依据，为早期预防镧乃至稀土引起的儿童智力低下提供新的理论依据。

研究背景：稀土元素镧暴露可引起儿童中枢神经系统损伤，严重影响智力发育。miR-124在神经系统发育中起重要作用。本研究探讨镧暴露对仔鼠的神经毒性影响，以及与miR-124靶向PIK3CA调控 PI3K/Akt通路变化的关系。.研究内容：仔鼠通过孕期、哺乳期及生后自由饮水的方式暴露于氯化镧（LaCl3）。采用ICP-MS法检测海马镧含量；Morris水迷宫和穿梭箱实验检测仔鼠的学习记忆能力；尼氏染色和TUNEL法观察仔鼠海马神经细胞的病理变化和细胞凋亡情况；透射电经观察海马神经元及突触改变；电生理法检测仔鼠海马CA1区LTP增幅情况；通过RT-qPCR检测海马miR-124的含量，并通过荧光素酶测定证实miR-124对PIK3CA的靶向性；RT-qPCR检测海马组织PIK3CAmRNA，PI3KmRNA，AktmRNA，NF-κBmRNA表达水平；western blot法检测PIK3CA，PI3K，Akt，p-Akt，NF-κB，p-NF-κB p65及其下游凋亡蛋白的表达水平；免疫组化法观察海马PIK3CA，PI3K，p-Akt蛋白的分布情况。体外培养HT22细胞，LaCl3染毒后用miR-124激动剂和抑制剂进行干预，以western blot法检测PIK3CA/PI3K/Akt通路相关相关蛋白的表达，ELISA法检测细胞突触后密度蛋白95表达水平。.研究结果：镧暴露可导致仔鼠海马内镧蓄积，海马神经细胞密度降低，神经细胞凋亡增加，神经元内细胞器丢失，突触活性下降，出现神经损伤，LTP抑制，表现为突触可塑性和学习记忆能力下降。体外细胞实验发现在镧暴露环境下，神经细胞凋亡增加且细胞突触后密度蛋白95表达下调。镧的神经毒作用可以被miR-124抑制剂减弱，被miR-124激动剂增强。研究表明镧暴露可增加miR-124表达，并靶向PIK3CA，下调PI3K/Akt信号通路表达。.研究结论：镧暴露引起神经毒性损伤，可能与上调miR-124表达，并通过靶向PIK3CA抑制PI3K/Akt信号通路表达有密切关系。.科学意义：本研究为揭示镧智力损伤的靶作用位点提供科学的参考数据；对接触稀土元素镧的人群防止镧引发神经损害的发生及发展具有重要的理论意义；为镧神经毒性干预靶点提供实验数据依据；对于稀土矿区早期进行有效干预以保护少年儿童健康具有重要意义。