慢性谷氨酸兴奋性毒性致脑CYPs介导的神经细胞膜脂代谢紊乱机制研究

Chronic glutamate excitotoxicity is one of the important pathological mechanisms of the damage to neural cells in neurodegenerative disease. In the pilot studies, we found that CYPs levels in neurons and astrocytes were regulated by long-term glutamate treatment at the concentration lower than the extrasynaptic concentration, and that the antagonists of glutamate receptor can attenuate the changes in CYPs levels. The literatures and our previous work have shown the differences in the expression, catalytic function and regulation between brain and hepatic CYPs. Thus, the metabolic network of membrane lipids of the neural cells in brain can be very different from the peripheral network. In the present study, we try to reveal the biological function of neurotransmitters in the regulation of the endogenous substance metabolism. The regulation mechanism of brain CYPs by glutamate receptor-coupled signal transduction pathways will be elucidated. We will identify the CYPs-dependent metabolites from membrane lipids and the distribution among brain regions using RNA interference technique and knockout mice. And the changes in the CYPs-dependent metabolism of membrane lipids induced by chronic glutamate excitotoxicity will be characterized. The data will expand our knowledge of the pathological mechanism of the damage to the neural cells induced by chronic glutamate excitotoxicity from the metabolic point of view, and may provide the new clue for the multi-target interventions of glutamate excitotoxicity.

慢性谷氨酸兴奋毒性是神经退行性病变过程中神经细胞损伤的重要病理机制之一。预实验发现，低于突触外浓度的谷氨酸长时间刺激神经元和星形胶质细胞可改变CYPs表达水平，且谷氨酸受体拮抗剂能减弱其调控作用。文献和预实验表明，脑CYPs参与神经细胞膜脂类物质代谢。然而，脑CYPs表达亚型、底物催化功能和表达调控机制与肝脏组织存在明显差异，神经细胞膜脂代谢网络可能与外周迥然不同。本研究拟以谷氨酸为代表，通过阐明谷氨酸受体偶联信号转导通路调控脑CYPs表达的分子机制，揭示神经递质参与调控内源性物质代谢的生物学功能；利用RNAi干扰技术和基因敲除动物，确定神经细胞膜脂类物质的CYPs依赖性代谢物种类及脑区分布特点；利用慢性谷氨酸兴奋毒性动物模型，观察膜脂类物质CYPs代谢路径的变化特征。研究数据将有助于从代谢角度深入认识慢性谷氨酸兴奋毒性致神经细胞损伤的病理机制，为多靶点干预谷氨酸兴奋毒性提供新的思路。

慢性谷氨酸兴奋毒性是神经退行性病变过程中神经细胞损伤的重要病理机制之一。研究结果表明，突触外低浓度谷氨酸长时间作用可通过活化星形胶质细胞上的mGluR5，引发细胞核内CREB蛋白磷酸化，增加CREB蛋白与CYP1B1、CYP2J和CYP2U1启动子结合，在转录水平调控CYPs表达。基因敲除动物证实，CYP1B1是介导纹状体花生四烯酸类丙烯氧化反应、ω和ω-1羟化反应，以及环氧化反应的重要代谢酶。动物实验发现，谷氨酸暴露导致额叶皮层、海马、小脑CYP1B1 mRNA水平和蛋白水平均明显上升。谷氨酸慢性兴奋可改变脑内花生四烯酸代谢产物，额叶皮层和小脑HETEs代谢物含量有显著区别。由于星形胶质细胞的终足为神经血管单元的重要组成部分，且花生四烯酸环氧化物类和羟基类代谢产物均参与调节血管张力，研究数据提示谷氨酸可能成为脑血流量调控的重要信号分子。虽然神经元是否通过星形胶质细胞调控脑血流量仍需进一步研究，但是本研究证实星形胶质细胞所表达CYPs是参与中枢神经系统花生四烯酸代谢的重要路径，且受到神经递质谷氨酸调控。.谷氨酸可通过NMDA受体在转录水平上调CYP46A1表达，并通过诱导LXR活化ApoE表达。NMDA受体为介导谷氨酸调控脑胆固醇运输、代谢的重要膜受体。过量谷氨酸摄入可通过引发海马区神经细胞胆固醇丢失，进而损伤学习记忆功能。.研究结果首次揭示了谷氨酸参与调控脑CYPs介导的重要内源性物质花生四烯酸、胆固醇代谢的可能分子机制。谷氨酸为脑内重要的兴奋性神经递质，研究数据拓展了有关神经递质通过其偶联信号转导系统调控内源性物质代谢的生物学功能的认识；揭示了在慢性谷氨酸兴奋的病理状态下，神经细胞膜脂类物质CYPs代谢路径出现的变化特征，从代谢角度揭示神经细胞损伤的病理机制。.在国家自然科学基金资助期间（2017-2020），累计培养博士研究生2名，硕士研究生4名，本科生10名。发表相关论文11篇，其中中国期刊论文1篇，SCI论文10篇，国内学术会议投稿交流5次（大会报告1次）。