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項目名稱： 腦缺血性疾病中星形膠質(zhì)細胞保護機制的研究
推薦單位： 中華醫(yī)學會
項目簡介： 本項目屬病理生理學研究領(lǐng)域。我們運用最接近在體狀態(tài)的離體細胞模型，系統(tǒng)研究缺氧缺血條件下神經(jīng)系統(tǒng)中星形膠質(zhì)細胞的行為功能，探索其內(nèi)源性保護機制。研究成果將為中風等腦缺血疾病的治療提供新靶點。
星形膠質(zhì)細胞是神經(jīng)系統(tǒng)中的重要組份，但長期以來卻一直被忽視。我們率先對星形膠質(zhì)細胞的能量代謝及其在腦損傷中的功能進行了大量開創(chuàng)性研究，確立其在神經(jīng)系統(tǒng)中的重要地位。我們早在八十年代就發(fā)現(xiàn)了星形膠質(zhì)細胞中谷氨酸代謝的重要性，更正了早期關(guān)于谷氨酸在腦中代謝途徑的研究結(jié)論；其后對星形膠質(zhì)細胞在缺氧條件下的代謝和功能進行了系統(tǒng)研究，對該領(lǐng)域的研究產(chǎn)生了深遠影響。我們首創(chuàng)的缺氧缺血模型在國際上被廣泛采用，為腦缺血疾病的研究奠定了方法學基礎(chǔ)。
在此基礎(chǔ)上，本項目對缺氧缺血后星形膠質(zhì)細胞的形態(tài)、代謝、功能、基因蛋白表達和保護機制進行了深入研究。在以下幾方面取得了突破性進展：
（1）發(fā)現(xiàn)缺氧缺血后星形膠質(zhì)細胞死亡的主要形式是凋亡。
（2）率先系統(tǒng)研究了缺氧缺血后星形膠質(zhì)細胞中細胞因子等多種基因蛋白表達，明確了其時程變化。發(fā)現(xiàn)缺氧缺血損傷引起的PI3-K/Akt和ERK信號轉(zhuǎn)導通路激活。
（3）首次發(fā)現(xiàn)了內(nèi)源性神經(jīng)保護蛋白14-3-3γ和腦紅蛋白在星形膠質(zhì)細胞中的表達。并發(fā)現(xiàn)缺氧缺血狀態(tài)下這兩種蛋白的表達上調(diào)。
（4）首次發(fā)現(xiàn)14-3-3γ在星形膠質(zhì)細胞缺氧缺血狀態(tài)下起重要保護作用，并闡明了其作用機制。
治療腦缺血疾病，歷來多針對神經(jīng)元的保護和修復，其療效卻不很理想。本研究著眼于另一類重要的神經(jīng)細胞-星形膠質(zhì)細胞，從深層次解釋了其缺血后凋亡的根本原因，闡明了腦缺血狀態(tài)下的自我保護機制，為腦缺血等疾病提供了神經(jīng)元以外的新的治療靶點，為神經(jīng)保護藥物的開發(fā)提供了理論依據(jù)。
本項目的相關(guān)研究已發(fā)表論文88篇，影響因子累計217.848，文章被引用總次數(shù)高達2346次，他引2227次；推動了此領(lǐng)域的研究，提升了我國的神經(jīng)科學研究在該領(lǐng)域的國際影響力。
主要發(fā)現(xiàn)點： 星形膠質(zhì)細胞是神經(jīng)系統(tǒng)的重要組成部分。本項目著重研究星形膠質(zhì)細胞在缺血損傷時的保護機制。在此我們用我們首創(chuàng)并廣泛應(yīng)用的缺氧缺血模型，在體外模擬腦缺血，系統(tǒng)研究了該損傷下星形膠質(zhì)細胞的形態(tài)、代謝、功能、基因蛋白表達和保護機制，獲得以下重要發(fā)現(xiàn)：
1)我們系統(tǒng)研究了缺氧缺血損傷在星形膠質(zhì)細胞中引起的一系列分子水平反應(yīng)及其導致的細胞死亡，在國際上首次發(fā)現(xiàn)并確認凋亡是該狀態(tài)下的主要死亡形式，明確了損傷后細胞因子等多種蛋白表達的時程變化，并發(fā)現(xiàn)在缺血損傷時，星形膠質(zhì)細胞內(nèi)的兩條信號傳導通路—PI3-K/Akt和 MAPK/Erk被激活，理清了其信號轉(zhuǎn)導機制。此發(fā)現(xiàn)屬病理生理學領(lǐng)域，相關(guān)文章見附件主要論文[1][2][3][5][7]。 此前普遍認為，缺血損傷時星形膠質(zhì)細胞的死亡形式是壞死，對其凋亡的描述鮮有報道。本研究首次從細胞形態(tài)，生化指標和分子生物學方面發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)星形膠質(zhì)細胞在缺血損傷時發(fā)生了凋亡，并解釋了此前其他小組偶爾觀察到的在體中樞神經(jīng)缺血時，有一些星形膠質(zhì)細胞也表現(xiàn)類似凋亡的現(xiàn)象。此研究首次闡明了星形膠質(zhì)細胞缺血死亡中的能量變化。上述發(fā)現(xiàn)已被普遍接受，引用29次。我們又進一步理清了缺血導致凋亡的機制，發(fā)現(xiàn)在此損傷下PI3-K/Akt和 MAPK/Erk兩條信號通路的激活和細胞凋亡密切相關(guān)。而此前對腦缺血狀態(tài)下神經(jīng)細胞中這些信號轉(zhuǎn)導通路的功能還不明了，更沒在星形膠質(zhì)細胞中研究。此成果屬神經(jīng)科學的重要發(fā)現(xiàn)，引用32次。
2)首次發(fā)現(xiàn)神經(jīng)元特異性蛋白14-3-3γ、腦紅蛋白在星形膠質(zhì)細胞中也有表達，且14-3-3γ在星形膠質(zhì)細胞缺血狀態(tài)下起重要內(nèi)源性保護作用，徹底闡明了星形膠質(zhì)細胞的內(nèi)源性保護機制，更為治療臨床腦缺血性疾病提供新靶點。此發(fā)現(xiàn)屬病理生理學領(lǐng)域，相關(guān)文章見附件主要論文[4][6][8][9][10]，引用15次。
14-3-3γ是多種信號轉(zhuǎn)導通路中的調(diào)控蛋白，曾認為它只在神經(jīng)元有表達，而我們體外研究發(fā)現(xiàn)，14-3-3γ在星形膠質(zhì)細胞中也有特異性表達，并在缺氧缺血損傷后表達會上調(diào)，且這種上調(diào)在缺血損傷的星形膠質(zhì)細胞中起抗凋亡作用，還闡明了其抗凋亡作用是通過結(jié)合磷酸化Bad阻止后者進入線粒體啟動凋亡實現(xiàn)的。此結(jié)果不但明確了14-3-3γ是星形膠質(zhì)細胞中一種重要內(nèi)源性保護蛋白，對其保護機制的闡明更為以后的臨床應(yīng)用提供了理論依據(jù)。我們又發(fā)現(xiàn)在星形膠質(zhì)細胞中存在另一種內(nèi)源性保護蛋白――腦紅蛋白。對這種2001年新發(fā)現(xiàn)的氧運輸?shù)鞍椎难芯恐饕性谏窠?jīng)元，是否在膠質(zhì)細胞中表達一直不清楚。我們不但發(fā)現(xiàn)了它存在于星形膠質(zhì)細胞中，且在缺氧缺血情況下對細胞有重要的抗凋亡保護作用，還為腦中新的氧運輸方式的發(fā)現(xiàn)提供了實驗依據(jù)。
上述發(fā)現(xiàn)不但是神經(jīng)科學研究的重要組成部分，更為腦缺血疾病的有效治療提供了新視角，提示臨床上可通過外源性保護蛋白來延緩細胞死亡的可能性。
主要完成人： 1. 于常海
1. 完成項目選題、課題總體設(shè)計、實驗安排，評價實驗進展，提出策略性建議，撰寫科學論文。對主要發(fā)現(xiàn)點1、2均有重要貢獻，占工作量的80%，發(fā)表論文見主要論文[1][2][3][4][6][5][7][8][9][10]。
2. 創(chuàng)新性地建立了體外培養(yǎng)細胞的缺氧缺糖模型模擬在體腦缺氧缺血。
3. 完成了缺氧缺血損傷在星形膠質(zhì)細胞中引起的一系列分子水平反應(yīng)及其導致的細胞死亡形式的研究，尤其是在國際上首次證實了凋亡是該狀態(tài)下星型膠質(zhì)細胞的主要死亡方式。
4. 完成了缺氧缺血狀態(tài)下14-3-3γ、腦紅蛋白在星型膠質(zhì)細胞中的重要保護作用及機制的研究。
2. 陳曉釬
1. 完成了對星形膠質(zhì)細胞內(nèi)的兩條重要信號轉(zhuǎn)導通路在缺血缺氧狀態(tài)下引起凋亡的信號轉(zhuǎn)導機制的研究。
2. 完成了14-3-3γ、腦紅蛋白的功能以及他們在缺氧缺血時對星形膠質(zhì)細胞起保護作用的機制研究。
以上研究占工作量的70%，對主要發(fā)現(xiàn)點1、2均有重要貢獻，發(fā)表論文見主要論文[3][7][4][6][8][9][10]。
3. 劉樂庭
1. 完成了星形膠質(zhì)細胞在缺氧缺血損傷下死亡形式的研究，明確了由損傷引起的細胞因子等蛋白表達的時程變化。
2. 完成了腦紅蛋白的功能研究。
以上研究占工作量的60%，對主要發(fā)現(xiàn)點1、2均有重要貢獻，發(fā)表論文見主要論文[1][2][5]。
4. 陳建國
1．完成了星形膠質(zhì)細胞在缺氧缺血狀態(tài)下，14-3-3γ保護功能的研究。對主要發(fā)現(xiàn)點2做出重要貢獻，占工作量40%，發(fā)表論文見主要論文[6]。
10篇代表性論文： 1. Expression of interleukin-1 alpha, tumor necrosis factor alpha and interleukin-6 genes in astrocytes under ischemic injury. / Neurochem Int
2. Ischemia-induced apoptosis in primary culture of astrocytes. / Glia
3. Activation of Erk1/2 and Akt in astrocytes under ischemia./ Biochem Biophys Res Comm
4. The association of 14-3-3γ and actin plays a role in cell division and apoptosis in astrocytes./ Biochem Biophys Res Comm
5. Changes of ATP and ADP in cultured astrocytes under and after In vitro Ischemia./ Neurochem Res
6. 14-3-3gamma is upregulated by in vitro ischemia and binds to protein kinase Raf in primary cultures of astrocytes. / Glia
7. Apoptosis and activation of Erk1/2 and Akt in astrocytes post-ischemia. / Neurochem Res
8. Association of 14-3-3gamma and phosphorylated bad attenuates injury in ischemic astrocytes./ J Cereb Blood Flow Metab
9. The presence of neuroglobin in cultured astrocytes. Glia 50:182-186. / Glia
10. Inactivation of bad by site-specific phosphorylation: the checkpoint for ischemic astrocytes to initiate or resist apoptosis./ J Neurosci Res
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