LNC001209通过调控PI3K/AKT/mTOR信号通路参与铝致认知功能损害的机制研究

Aluminum is one of definite neurotoxicant, which can lead to obvious cognitive impairment, Al mainly declines synaptic plasticity and induces the apoptosis of neuronal cells. Several Studies have shown that PI3K/AKT/mTOR pathway activation not only has a clear protective effect on nerve damage, but participates in the regulation of synaptic plasticity and neuronal apoptosis. Aluminum can cause abnormal expression of 37 lncRNAs in the hippocampus of rats, of which LNC001209 was significantly reduced in the aluminum treatment group. Moreover, the target genes regulated by LNC001209 are highly enriched in the PI3K/AKT/mToR pathway. We hypothesized that LNC001209 could participate in the mechanism of aluminum induced cognitive impairment by regulating PI3K/AKT/mToR signal pathway. In this study, using SD rat and hippocampus primary cultured neurons exposed by aluminum, we induce overexpression and knock out LNC001209, and observe its effects on PI3K/AKT/mToR pathway and neuronal synaptic plasticity and apoptosis, in order to explore the mechanism of LNC001209 in aluminum induced neurotoxicity, then verify the key signaling molecules in this pathway in the Al-exposed occupational population to find the early monitoring biomarker for aluminum induced cognitive impairment.

铝具有明确的神经毒性，可导致明显的认知功能损害，其主要的机制是引起突触可塑性下降和神经元细胞凋亡。研究表明PI3K/AKT/mTOR信号通路激活不仅对神经损伤具有明确的保护作用,而且PI3K/AKT/mTOR通路参与突触可塑性和神经元凋亡的调控。课题组前期研究发现，铝可导致大鼠海马组织37个LncRNA异常表达，其中LNC001209在铝处理组异常下调。而且LNC001209调控的靶基因高度富集在PI3K/AKT/mTOR通路中。我们推测LNC001209通过调控PI3K/AKT/mTOR通路参与铝致认知功能损害的机制。本课题拟采用体外和体内染铝模型，过表达和敲除神经系统中LNC001209，观察其对PI3K/AKT/mTOR通路及神经元突触可塑性和凋亡的影响，探讨LNC001209在铝神经毒性中的作用机制。并在人群中验证这一通路中的关键信号分子，拟找到铝致认知功能损害的早期生物监测指标。

铝具有明确的神经毒性，可导致明显的认知功能损害，其主要的机制是引起突触可塑性下降和神经元细胞凋亡。研究表明PI3K/AKT/mTOR信号通路激活不仅对神经损伤具有明确的保护作用,而且PI3K/AKT/mTOR通路参与突触可塑性和神经元凋亡的调控。课题组前期研究发现，铝可导致大鼠海马组织37个LncRNA异常表达，其中LNC001209在铝处理组异常下调。而且LNC001209调控的靶基因高度富集在PI3K/AKT/mTOR通路中。.动物实验结果表明，铝暴露组大鼠的脑铝和血铝含量随着暴露剂量增加逐渐增加，高剂量组升高的最明显；大鼠到达平台潜伏期随着暴露剂量增加逐渐增加，穿越平台的次数逐渐减少，大鼠的学习记忆功能逐渐降低；大鼠海马CA1区激发电极随着暴露剂量增加逐渐减弱；大鼠神经细胞轴突出现串珠样改变情况随着暴露剂量增加逐渐增加，并且树突棘的数量逐渐减少，出现了神经细胞丢失和神经细胞轴突断裂的现象；神经细胞凋亡情况增加，CA1区神经细胞突触结构突触囊泡减少，突触后致密物变薄；海马神经细胞线粒体嵴骨折，其中高剂量组中线粒体出现肿胀。.细胞体外实验显示，铝暴露组细胞数量明显较少，且细胞形态出现变化，胞体变圆，轴突变短；细胞活力随着暴露剂量增加逐渐下降；细胞凋亡率增加；PC12细胞Lnc001209的表达量随着暴露剂量增加逐渐降低；转染Lnc001209 siRNA后，发现p-AKT Ser473、p-AKT Thr308、p-p85 Tyr467、p-mTOR Ser244蛋白表达水平升高。PC12细胞中转染Lnc001209 siRNA，发现CD36蛋白表达水平升高，铝暴露组CD36蛋白表达水平也升高。RNA pull-down实验，质谱分析在所有差异蛋白中CD36的表达差异最为明显（p=0.00075）。RNA pull-down-MS实验发现，Lnc001209与CD36蛋白存在相互作用关系。过表达CD36后p-AKT Ser473、p-AKT Thr308、p-p85 Tyr467、p-mTOR Ser244蛋白表达水平均有升高的趋势。.本研究证实了我们的科学假设，铝暴露通过影响PI3K/AKT/ mTOR信号通路造成神经细胞凋亡，进而导致大鼠认知功能损害；可抑制Lnc001209通过该信号通路造成神经细胞凋亡，提示铝暴露可能是通过影响该通路造成神经细胞凋亡。