小胶质细胞NLRP3炎症小体活化在铅神经毒性中的作用及机制

Lead exposure induces impaired learning, memory and other cognitive behavior in children, in which the activation of microglial cells plays a vital role. The activation of NLRP3 inflammasome signaling pathway has recently been recognized as a key step in activating microglia and generating pro-inflammatory factors. Both mitochondrial dysfunction and disruption of calcium homeostasis are closely associated with NLRP3 inflammatory activation. However, whether and how lead induces NLRP3 inflammatory activation remains to be unraveled. In our preliminary studies, we found that lead induces microglial activation in mouse hippocampus and the expression of TNF-α, IL-1β and NLRP3 is upregulated in BV2 microglial cells after lead exposure. In this project, we propose to investigate the impact of lead exposure on NLRP3 inflammasome in microglial activation using in vivo and in vitro models. Next, we propose to investigate the role of NLRP3 inflammasome in microglial activation via modifying the expression of NLRP3 and caspase-1. We will further explore the association of mitochondrial dysfunction and disruption of calcium homeostasis induced by lead in the context of NLRP3 inflammatory activation. Our investigation will not only reveal the role of NLRP3 inflammasome in lead-induced neurotoxicity, but also shed light on the prevention and protection of lead-induced neurotoxicity.

环境铅毒物导致儿童学习记忆下降等认知功能障碍，小胶质细胞的炎性激活在其中起着重要作用。NLRP3炎症小体活化是小胶质细胞激活的关键环节，细胞内钙稳态改变和线粒体功能紊乱可引起NLRP3炎症小体活化，但其在铅诱导的神经毒性中的作用和分子调控机制尚不清楚。前期预实验发现，铅可激活小鼠脑部海马区的小胶质细胞，并使TNF-α、IL-1β因子和NLRP3蛋白表达升高。本研究拟利用动物模型和细胞模型，采用免疫荧光、电生理和慢病毒转染等技术，对NLRP3、caspase-1等NLRP3炎症小体相关蛋白的丰度进行检测和调节，探讨小胶质细胞激活及其释放的炎性因子在铅暴露造成学习记忆损伤和神经行为改变中的作用；揭示NLRP3炎症小体活化是铅诱导小胶质细胞炎性激活的关键环节；阐明铅暴露诱导的钙稳态改变和线粒体功能紊乱与NLRP3炎症小体活化之间的关系，为后期调控小胶质细胞功能应用于铅神经毒性的防治奠定坚实基础。

环境铅毒物导致儿童学习记忆下降等认知功能障碍，小胶质细胞的炎性激活在其中起着重要作用。NLRP3炎症小体活化是小胶质细胞激活的关键环节，细胞内钙稳态改变和线粒体功能紊乱可引起NLRP3炎症小体活化，但其在铅诱导的神经毒性中的作用和分子调控机制尚不清楚。本研究主要是利用动物和细胞模型，探讨（1）小胶质细胞激活及其释放的炎性因子在铅暴露造成学习记忆损伤中的作用；（2）NLRP3炎症小体活化在铅诱导小胶质细胞炎性激活中的作用；（3）铅暴露诱导的钙稳态改变和线粒体功能紊乱与NLRP3炎症小体活化之间的关系。研究结果表明：（1）铅暴露可引起小鼠学习记忆能力损伤，血清和海马组织中促炎因子水平上升，海马区小胶质细胞活化和神经细胞坏死，同时海马组织的NLRP3炎症小体相关蛋白表达增加。（2）MCC950腹腔注射野生型小鼠或用敲除NLRP3基因小鼠，可抑制铅所致的小鼠海马组织中NLRP3炎症小体相关蛋白的表达升高、血清和海马组织的促炎因子分泌、铅小胶质细胞活化，并改善海马组织病理学改变和小鼠的学习记忆能力。（3）铅处理使BV2小胶质细胞激活，表现为细胞形态改变，炎性介质iNOS和促炎因子IL-6、IL-1β及TNF-α分泌增多。（4）铅处理使BV2小胶质细胞mtROS合成增多，使用MitoTEMPO抑制mtROS的产生，可抑制NLRP3炎症小体相关蛋白和iNOS的表达，并抑制促炎因子IL-6、IL-1β及TNF-α的分泌。（5）铅可引起BV2细胞线粒体Ca2+超载和MCU蛋白表达增多，调节Ca2+再分配，或使用Ru360抑制MCU的钙转运功能后，细胞内mtROS合成下降，NLRP3炎症小体下游蛋白表达减少，促炎因子分泌受到抑制。综上所述，铅可能通过细胞内Ca2+稳态变化和线粒体氧化应激，诱导NLRP3炎症小体活化介导小胶质细胞激活，本项目的发现为进一步研究铅神经毒性的分子机制提供新的思路。