丰富环境促进缺血再灌注性脑损伤后神经功能重塑的线粒体机制研究

Numerous studies have indicated that enriched environment could stimulate brain plasticity and functional recovery after cerebral ischemia-reperfusion injury. Neuroplasticity is a form of life activities，and it needs essential energy. Our previous studies have shown that enriched environment could promote angiogenesis and blood flow in the surrounding ischemic cortex，and neural function outcomes are positively correlated with post-ischemia angiogenesis. Focal angiogenesis could provide sufficient oxygen and nutrition for cerebral reconstruction， but mitochondrial is the basic structure for energy production. Therefore, we hypothesized that mitochondria may play an important role in the recovery of neural function after cerebral ischemia-reperfusion injury. The project will study the role of mitochondria in enriched environment induced repairing mechanisms of the brain. We will analyze enriched environment induced changes in mitochondrial biogenesis and function after cerebral ischemia-reperfusion injury, and the biosynthesis of mitochondrial protein. Antisence oligonucleotides technology will be used to confirm that enriched environment improve brain plasticity and functional recovery from cerebral ischemia induced injury via regulation of mitochondrial biogenesis and function. we will demonstrate the signal way of PGC-1α-NRF-1α/NRF-2-TFAM in promoting mitochondrial biogenesis from both positive and negative. The progress of this study is expected to further clarify the mechanisms of enriched environment in promoting neural plasticity for ischemic stroke treatment.

大量的研究表明丰富环境康复训练可以增强缺血再灌注脑损伤后的神经可塑性。神经可塑性是机体的一种生命活动形式，其需要最基本的能量支持。我们研究表明丰富环境可促进缺血皮层周边区的血管新生和血流重建，且脑功能的改善与血管新生成正相关关系。血流的恢复为能量的生成提供最基本的物质保证，而制造能量的线粒体是此过程中最基本的结构保证。因此，我们推测线粒体在脑功能修复过程中可能发挥重要作用。故本项目拟从线粒体角度阐明丰富环境促进缺血再灌注脑损伤修复机制。观察丰富环境对缺血再灌注脑损伤后线粒体结构和功能的改善；检测线粒体生物合成相关蛋白，通过反义寡核苷酸技术抑制丰富环境诱导线粒体生物合成的标志性基因PGC-1α的表达，从正、反两方面验证PGC-1α—NRF-1/NRF-2—TFAM通路在丰富环境中促进缺血再灌注脑损伤后脑功能修复的线粒体机制，为进一步完善丰富环境对缺血再灌注脑损伤后神经可塑性机制提供实验依据。

缺血性脑卒中后存活下来的患者中约80%存在运动等神经功能障碍,严重影响其日常生活能力及生活质量，并且给家庭和社会带来沉重负担。大量的研究证实，丰富环境(Enriched Environment, EE)康复训练可有效促进缺血再灌注脑损伤后运动等神经功能修复。结合国内外文献及我们课题组前期工作基础已证实丰富环境康复训练可以促进缺血再灌注脑损伤后缺血皮层周边区血管的新生以及血流的重建，以及有助于神经功能的修复，但血管新生和血流重建与脑功能的修复是如何衔接，其机制尚待进一步阐明。.我们通过此项目研究丰富环境康复训练对缺血再灌注脑损伤后神经功能的修复情况，以及对线粒体生物合成及形态结构、功能的影响，检测了与线粒体生物合成相关蛋白的PGC-1α、NRF-1、NRF-2和TFAM蛋白，并通过反义寡核苷酸技术抑制丰富环境诱导线粒体生物合成的标志性基因PGC-1α的表达，从正、反两方面验证PGC-1α—NRF-1/NRF-2—TFAM通路在丰富环境中促进缺血再灌注脑损伤后神经功能恢复的线粒体机制。.丰富环境康复训练促进了缺血再灌注脑损伤后大鼠运动平衡功能、空间学习记忆功能的修复；丰富环境增加了缺血周边区线粒体数量，并增强了其线粒体功能；证实了丰富环境康复训练是通过PGC-1α—NRF-1/NRF-2—TFAM信号通路调节线粒体生物合成。.透射电子显微镜下观察了线粒体超微结构及数量，显示丰富环境康复训练可以明显增加缺血周边皮层的线粒体数量；丰富环境康复训练增强线粒体呼吸链复合酶活I-IV活性及ATP酶活性。丰富环境康复训练上调了PGC-1α，NRF-1，NRF-2，TFAM各关键蛋白的表达水平，且TFAM蛋白水平与线粒体数量成相关性。注射PGC-1α反义寡核苷酸大鼠的运动功能明显下降，缺血周边区线粒体数量减少，线粒体呼吸链复合酶活I-IV活性及ATP酶活性明显下降。.本研究明确了PGC-1α—NRF-1/NRF-2—TFAM信号通路在丰富环境中促进缺血再灌注脑损伤后神经功能恢复的线粒体机制，进一步提供了理论依据证实丰富环境可作为脑缺血后的康复治疗策略。.综上，我们得出结论：丰富环境康复训练可以促进缺血皮层周边区线粒体的生物发生并改善线粒体功能，从而发挥脑保护作用。