线粒体融合/分裂失衡在PBDE-47神经毒性中的作用

The developmental neurotoxicity of PBDE-47, an emerging persistent organic pollutant, has attracted worldwide attention; however, its exact mechanisms of action remain unclear. Recent studies have uncovered that neuronal mitochondria are the primary target for PBDE-47 action, and that mitochondrial dysfunction is closely associated with the occurrence and development of PBDE-47 neurotoxicity. Moreover, mitochondria are now perceived as highly dynamic organelles that undergo continuously fusion/fission whose balance is crucial to maintain mitochondrial function. Therefore, we hypothesized that PBDE-47 may induce mitochondrial dysfunction via interfering with balance of mitochondrial fusion/fission, resulting in its neurotoxic effects. In this project, using developmental low-dose PBDE-47 exposure animal and neuronal culture models, along with a combined pharmacological and genetic approaches to modulate mitochondrial fusion/fission, we plan to investigate the effects of fusion/fission imbalance on behavior and cognitive function, brain morphological structure and glucose utilization in animals, as well as on oxidative stress, mitochondrial function, mitophagy and mitochondrial-dependent apoptosis. The study will shed new light on the targets and molecular mechanisms of PBDEs neurotoxicity from the perspective of mitochondrial fusion/fission imbalance，and hope to provide novel ideas for making prevention and control strategies.

新型持久性有机污染物PBDE-47的发育神经毒性已引起全球的广泛关注，但其作用机制不明。前期研究提示，线粒体是PBDE-47神经毒性作用的主要靶点，其功能障碍与PBDE-47神经毒性的发生发展密切相关；近年发现线粒体是不断发生融合/分裂的动态细胞器，其融合/分裂稳态平衡对线粒体功能的维持至关重要，据此推测PBDE-47可能通过引起线粒体融合/分裂失衡而导致线粒体功能障碍，从而发挥其神经毒性作用。本项目拟通过建立发育期低剂量PBDE-47暴露动物及PBDE-47染毒神经细胞模型，应用药物干预和基因修饰等手段调节融合/分裂过程，研究PBDE-47致线粒体融合/分裂紊乱对动物行为和认知功能、脑形态结构、葡萄糖利用、氧化应激、线粒体功能、线粒体自噬和凋亡的影响，旨在从线粒体融合/分裂失衡这一全新角度进一步揭示PBDEs神经毒性的作用靶点和分子机制，为制订PBDEs神经毒性的预防控制对策提供新思路。

新型持久性有机污染物PBDE-47的神经毒性已引起全世界的广泛关注，但其具体作用机制目前仍不清楚。本项目通过构建发育期低剂量PBDE-47暴露动物及PBDE-47染毒神经细胞模型，探讨线粒体融合/分裂失衡在PBDE-47神经毒性中的作用及其机制。在体外研究中，我们用不同浓度的PBDE-47处理PC12细胞，观察到细胞内自噬体蓄积，凋亡水平增加，线粒体结构和功能受损，线粒体数目及质量下降，线粒体融合和分裂过程被抑制。使用融合促进剂M1或腺病毒转染过表达Mfn2促进线粒体融合过程，可缓解PBDE-47对PC12细胞线粒体分裂的抑制作用，改善线粒体功能，减轻细胞凋亡并促进细胞存活。然而，利用腺病毒转染过表达Fis1促进线粒体分裂过程反而增加PBDE-47对PC12细胞线粒体融合的抑制作用，加剧线粒体功能损伤，促进细胞凋亡，减少细胞存活；但联合过表达Fis1与Mfn2基因同时促进线粒体融合和分裂过程时，PC12细胞线粒体功能得到改善，细胞凋亡被抑制，细胞活力得到提升。此外，使用分裂抑制剂Mdivi-1抑制线粒体分裂过程，同样可加剧PBDE-47对PC12细胞线粒体融合的抑制及功能损伤，增强细胞凋亡，减少细胞存活。在体内研究中，我们建立发育期全程的低剂量PBDE-47暴露模型，发现PBDE-47可导致子代成年雌性大鼠学习和记忆能力损害、自主行为异常，引起包括大脑在内的全身多脏器葡萄糖利用水平改变，并伴有海马组织神经元丢失、自噬障碍及凋亡水平升高，且PBDE-47引起的这些改变与大鼠海马组织细胞中线粒体融合和分裂抑制密切相关。考虑到甲状腺激素在神经发育中的重要作用，我们还建立了母鼠甲状腺异常与子代神经毒性的关联，发现PBDE-47暴露可导致亲代母鼠血清甲状腺激素水平升高及甲状腺组织形态和结构异常（滤泡扩张、胶质消失和细胞脱落），且内质网应激和未折叠蛋白反应活化、自噬障碍及它们介导的细胞凋亡参与了PBDE-47致母体甲状腺毒性过程。通过以上研究阐明了线粒体融合和分裂失衡及互作在PBDE-47神经毒性中的作用及分子机制，揭示了PBDE-47致母体甲状腺异常与子代神经毒性的关联及相关机制，为PBDE-47神经毒性的防控提供了新的线索与参考。