整合应激反应在早产儿脑损伤中对少突胶质细胞分化和功能的影响及机制研究

Periventricular leukomalacia (PVL), as the predominant form of cerebral white matter damage, is the leading cause of neurodevelopmental impairment in premature infants. The upstream pathogenesis of PVL is mainly related to hypoxia-ischemia (HI) in sick premature infants. Oligodendrocyte progenitors (OPG) loss leading to hypomylination is one of the hallmarks for PVL. Endoplasmic reticulum (ER) stress, the stress of accumulating unfolded or misfolded proteins in the ER, activates pancreatic ER kinase (PERK), which coordinates an adaptive program known as the integrated stress response (ISR) by phosphorylating translation initiation factor 2α (eIF2α). Phosphorylation of eIF2α promotes a stress-resistant through the global attenuation of protein biosynthesis and the induction of stress-induced cyto-protective genes. Accumulating evidence suggests that ISR is involved in the pathogenesis of cerebral ischemia. Nevertheless, it is still unclear how ISR protects oligodendrocytes against hypoxia-ischemia in the central nervous system. Therefore, in this proposal, our goal is to reveal the effect of ISR on OPGs in hypoxic-ischemic brain damage (HIBD). In first specific aim, we will determine whether ISR pathway is activated in oligodendrocytes in rat HIBD model. In second specific aim, we will determine whether up-regulated or down-regulated ISR pathway will affect the viability and differentiation of primary cultured OPGs with oxygen, glucose and nutrient deprivation (OGND). In third specific aim, we will determine whether up-regulated or down-regulated ISR pathway will affect the viability, differentiation and functions of OPGs in rat HIBD model. The significance of this proposed work is that the knowledge gained from these studies may lead to new therapeutic strategies that protect OPGs in individuals with HIBD.

窒息后缺氧缺血是引起早产儿脑损伤的主要原因，可导致早产儿髓鞘发育受损以及长期神经系统功能缺陷，甚至死亡。其病变机制之一为缺氧缺血可致少突胶质前体细胞不能正常分化成熟，影响髓鞘形成。因此保护少突胶质细胞活性和功能对治疗早产儿脑损伤具有重要的临床意义。为应对缺氧缺血引起的内质网应激，整合应激反应PERK-eIF2α信号通路被激活，保护应激细胞。我们的前期实验发现激活PERK-eIF2α通路可在脱髓鞘疾病中保护少突胶质细胞。本研究拟在新生大鼠未成熟脑缺氧缺血模型和体外少突胶质前体细胞缺氧缺血实验中，观察PERK-eIF2α信号通路在少突胶质前体细胞中的激活情况；并通过上调或下调该信号通路的激活，观察其对少突胶质前体细胞分化成熟及髓鞘形成过程的影响，研究和阐明PERK-eIF2α信号通路的激活影响少突胶质前体细胞分化成熟过程的作用机制，为临床治疗未成熟脑白质损伤提供进一步和新的理论基础和实验依据。

窒息后缺氧缺血是引起早产儿脑损伤的主要原因，可导致早产儿髓鞘发育受损以及长期神经系统功能缺陷，甚至死亡。其病变机制之一为缺氧缺血致少突胶质前体细胞不能正常分化成熟，影响髓鞘形成。因此保护少突胶质细胞活性和功能对治疗早产儿脑损伤具有重要的临床意义。为应对缺氧缺血引起的内质网应激，整合应激反应PERK-eIF2α信号通路被激活，保护应激细胞。本课题组前期研究发现，在IFN-γ过表达引起的小鼠低髓鞘化模型中适度激活PERK-eIF2α信号通路可以有效促进少突胶质细胞分化和髓鞘形成。同时，在多发性硬化动物模型EAE中，我们发现在EAE早期适度激活PERK-eIF2α信号通路可保护少突胶质细胞，减轻临床表现，在发病高峰期干预可有效促进髓鞘再生。基于前期研究基础，本课题通过体外少突胶质前体细胞原代培养和体内大鼠缺氧缺血性模型的建立，观察缺氧缺血后整合应激反应PERK-eIF2α信号通路在少突胶质细胞中的表达变化，以及干预后对脑损伤少突胶质细胞分化成熟和髓鞘形成的影响，从而阐明PERK-eIF2α信号通路在缺氧缺血情况下保护少突胶质细胞应对内质网应激的作用机制。研究发现，体外培养的原代少突胶质前体细胞（OPC）在缺氧环境下PERK-eIF2α信号通路被激活，OPC分化受到抑制。加入PERK抑制剂GSK2656157后，OPC细胞凋亡增加，分化进一步受到抑制，而加入GADD34抑制剂Salubrinal后，分化的少突胶质细胞数量明显增加。体内实验发现，未成熟鼠缺氧缺血脑损伤早期PERK-eIF2α信号通路被激活，且自身可调节PERK-eIF2α通路信号；脑损伤后，GSK2656157可抑制其下游基因CHOP表达，但不依赖于其抑制eIF2α磷酸化作用；GADD34抑制剂Salubrinal和Guanabenz均可增加ISR信号蛋白p-eIF2α和CHOP表达；Salubrinal干预后可促进少突胶质细胞分化成熟。本项目的顺利开展进一步阐明未成熟脑缺氧缺血损伤后PERK-eIF2α信号通路在少突胶质细胞分化和髓鞘形成的影响，为发掘未成熟脑缺氧缺血损伤的防治策略提供新的重要的科学依据，对提高早产儿生存质量，减轻社会和家庭负担，具有重要的医学价值和社会意义。