线粒体生物发生在七氟醚预处理诱导神经保护中的作用及调控机制

Anesthetic preconditioning is a viable strategy to treat ischemic cerebral injury. We previously demonstrated that sevoflurane preconditioning (SPC) remarkably protects brain mitochondria after cerebral ischemia. However, the mechanisms underlying the SPC-induced mitochondrial tolerance against ischemia remain unclear. Mitochondrial biogenesis is defined as the control of mitochondrial turnover, content, and number required to maintain diverse homeostatic demands across tissue types. Enhanced mitochondrial biogenesis can help to preserve the anti-oxidant and anti-apoptotic systems in pathological conditions. Mounting evidence has indicated that mitochondrial biogenesis may exert protective effects against cerebral ischemia. Our preliminary investigations showed sevoflurane could induce mitochondrial biogenesis, as indicated by increased mitochondrial DNA content, larger mitochondrial mass, the elevated protein levels of COX IV and cytochrome C.These observations suggested mitochondrial biogenesis may be involved in the neuroprotection offorded by SPC. In this context, the current study aimed to investigate the influence of SPC and middle cerebral artery occlusion on the brain mitochondrial biogenesis, the involvement of mitochondrial biogenesis in the SPC-induced ischemic tolerance, and the the potential molecular signaling accounting for the enhanced mitochondrial biogenesis. This study will help to underpin the theory of preconditioning and the strategy to target mitochondrial biogenesis may provide novel potential approach for the management of ischemic stroke.

氟醚预处理是脑缺血损伤的一种重要治疗策略。我们既往发现七氟醚预处理（SPC）能引起显著的线粒体保护作用以减轻脑缺血损伤，但是线粒体缺血耐受的机制仍不清楚。线粒体生物发生，是指线粒体生长分裂进而形成年轻的线粒体的过程。其增强有助于维持线粒体稳态，提供更强大的抗氧化、抗凋亡防御系统。诸多证据提示线粒体生物发生能够为脑缺血损伤提供保护。我们前期研究也发现SPC能够诱导PC12细胞的线粒体生物发生，这些线索提示：线粒体生物发生可能是SPC诱导神经保护作用的重要的介导机制。为此，本课题在既往成熟的SPC干预和大鼠大脑中动脉阻塞模型上，利用分子生物学、神经化学、形态学、行为学的方法，观察SPC和脑缺血对线粒体生物发生的影响，论证线粒体生物发生与SPC神经保护作用的关系，进而探讨SPC调控线粒体生物发生的可能机制。本课题希望能为预适应机制研究提供新的思路和理论依据，也为脑保护的防治策略提供新的干预靶点。

氟醚预处理是脑缺血损伤的一种重要治疗策略。我们既往发现七氟醚预处理（SPC）能引起显著的线粒体保护作用以减轻脑缺血损伤，但是线粒体缺血耐受的机制仍不清楚。线粒体生物发生，是指线粒体生长分裂进而形成年轻的线粒体的过程。其增强有助于维持线粒体稳态，提供更强大的抗氧化、抗凋亡防御系统。诸多证据提示线粒体生物发生能够为脑缺血损伤提供保护。我们前期研究也发现SPC能够诱导PC12细胞的线粒体生物发生，这些线索提示：线粒体生物发生可能是SPC诱导神经保护作用的重要的介导机制。为此，本课题在既往成熟的SPC干预和大鼠大脑中动脉阻塞模型上，利用分子生物学、神经化学、形态学、行为学的方法，观察SPC和脑缺血对线粒体生物发生的影响，论证线粒体生物发生与SPC神经保护作用的关系，进而探讨SPC调控线粒体生物发生的可能机制。我们发现：SPC对体外培养神经元的缺氧损伤和大鼠脑缺血损伤均具有显著的保护作用。与此一致，SPC对体内和体外缺血所致线粒体损伤也具有显著的保护作用，能够提高呼吸链复合物酶的活性、维持线粒体膜电势差、减少线粒体自由基的生成和MPTP的开放程度。在线粒体的数量和功能方面，我们发现SPC能够提高线粒体体积、提高线粒体DNA含量，促进线粒体特异性蛋白的表达；并增强细胞柠檬酸合成酶活性和ATP含量，表明SPC能够促进线粒体生物发生。SPC后还能够引起细胞内及线粒体内活性氧簇在生理浓度范围内的升高，但不会导致明显的氧化应激损伤。抑制活性氧簇的生成，能够显著减弱SPC所引起线粒体生物发生和神经保护作用，这意味着活性氧簇的产生是SPC引起线粒体生物发生的必要的上游因素。本课题为预适应机制研究提供新的思路和理论依据，也为脑保护的防治策略提供新的干预靶点。