Caspase-3在脑缺血损伤后神经再生修复中的作用及其机制

Stroke is a leading cause of long-lasting disability worldwide. However, therapeutic options for improving stroke recovery remain limited. Recent studies have shown that the adult brain has the capacity to regenerate neurons after stroke. Although this neurogenic response may be functionally important for brain repair after injury, the mechanisms underlying stroke-induced neurogenesis are not known. Recently, accumulating data indicate that caspases activation, especially that of caspase-3, also participate in other various biological processes that do not cause cell death. Our preliminary data shows that caspase-3, the apoptosis machinery, may exert a non-apoptotic function to control endogenous neurogenesis after focal cerebral ischemia in mice. In this project, we will employ animal smodels, cell cultures and molecular biological approaches to determine: (1) the patterns of caspase-3 activation in the subventricular zone (SVZ) of the lateral ventricle, the dentate gyrus (DG) of the hippocampus as well as the peri-infarct cortex areas during the period of recovery after cerebral ischemia, (2) whether these caspase-3-activated cells in the SVZ and DG were dying, (3) the roles of caspase-3 deficiency ,caspase-3 inhibition and recombinant caspase-3 on the proliferation, migration and differentiation of neural progenitor cells, (4) whether activation of caspase-3 does not induce apoptosis, and whether caspase-3 inhibition does not affect the number of apoptotic cells in the SVZ,DG, and the peri-infarct cortex areas, and (5) the mechanism by which caspase-3 regulates stroke-induced neurogenesis. These proposed studies will not only provide novel insights into the mechanisms that mediate and modulate post-stroke neuronal stem cell responses, but should also help the development of cell-replacement therapy for treating stroke.

内源性神经再生对脑缺血损伤后脑功能的重建具有重要的意义,但其调控机制尚不明确。Caspase-3是最重要的细胞凋亡执行者之一，其表达的增加与脑缺血急性期神经元凋亡密切相关，但是最近的研究表明caspase-3除在细胞凋亡中扮演关键的角色之外,还具有多种其它的生物学功能。我们前期研究发现caspase-3可能通过细胞凋亡之外的途径参与调控脑缺血损伤后神经细胞的再生。本项目将结合动物模型和神经干细胞培养，采用多种实验技术，进一步深入研究激活型caspase-3在脑缺血恢复期表达的特点及其与神经再生和凋亡的关系；研究caspase-3基因敲除、抑制剂及其重组蛋白对神经细胞再生、迁移、分化和凋亡以及神经功能再塑等的影响; 阐明caspase-3调控脑缺血损伤后神经再生和分化的关键机制。本研究将有助于了解脑损伤后内源性神经再生的重要环节，并将为脑损伤后的再生修复和干细胞的移植治疗提供新的视点。

脑卒中是人类第一大致残性疾病。然而，迄今仍然缺乏改善脑卒中后神经功能障碍的有效措施和方法。近期研究表明，成年大脑在脑卒中后有神经再生的能力。尽管这种神经应答对于损伤后大脑的修复具有重要作用，但是脑卒中刺激神经再生的机制仍不明了。Caspase-3是引起细胞调亡的主要分子之一，并且是公认的介导脑卒中急性期神经元凋亡的关键因子。但是，近年来越来越多的证据表明caspase-3也参与细胞凋亡之外的多种生物过程。我们发现在脑卒中恢复期，caspase-3在脑室下区和海马齿状回新生神经前体细胞中的表达明显增加，caspase-3与新生细胞和神经干细胞具有广泛的共定位关系，然而却没有表现出凋亡的迹象。提取缺血小鼠脑室下区和海马齿状回的神经前体细胞进行体外培养，我们观察到caspase-3限制神经前体细胞的自我更新能力，但是并不参与细胞的凋亡过程。进一步研究发现，使用caspase-3 抑制剂抑制其活性，可以通过降低Akt磷酸化，促进脑室下区神经前体细胞的增殖和迁移，增加新生神经干细胞向神经元的转化和脑卒中后的神经功能恢复。以上发现指出caspase-3是限制脑卒中后脑内神经再生的关键分子。由于以往的研究表明抑制caspase-3对急性脑卒中具有保护作用, 本研究结果将对开发脑卒中的治疗药物具有重要的意义。