外向钾电流在gp120, 甲基苯丙胺引起海马神经元损伤致HIV相关性痴呆中作用及机制

The voltage-dependent K+ channels are wide broad of channels that with varied isotypes. Recent data show that the K+ channels are closely associated with the cell apoptosis. In the present work, we will explore the effects of gp120 on the outward K+ currents and clarify the relationship between the K+ currents and the neural damage which is a hallmarker for HIV associated dementia(HAD).In addition, the risk behavior factor of AIDS-"drug abusing"is also mentioned. Methaphetamine(Meth), one of the most "popular"drug in the world， is studied for its influence on the outward K+ currents. Moreover, the isotype of the K+ channel(Kv2.1 and Kv4.2), regulatory proteins and mechanisms are detailed elucidated with the assays of Realtime-PCR,Western-Blot,TUNEL,cell transfection et al. Identification of Kv channels as the targets for gp120 and Meth induced neural damage may open new avenues for therapeutic modalities for HAD. Meantime, the work for synthetic effects of gp120 and Meth on HAD formation will make a full elucidation of the process and show significance for AIDS prevention.

电压依赖性钾通道（Kv）是广泛分布的、种类繁多的一大类离子通道，最近研究表明，钾离子通道和细胞凋亡密切相关。本项目以外向型钾离子通道(Kv2.1,Kv4.2)作为研究靶点，探讨HIV壳蛋白gp120在形成HIV相关性痴呆过程中的作用，同时结合艾滋病重要的行为学因素-毒品吸食，并以甲基苯丙胺（Methamphetamin，Meth）为代表，利用全细胞膜片钳技术结合Real-time PCR，Western-Blot，TUNEL，细胞转染等技术从电流增大现象到相关亚型钾通道及其相关调节蛋白的表达，阐述相关信号通路变化，以期为HIV相关性痴呆（HAD）的防治提供可能的治疗靶点及理论支持。同时，该研究致力于gp120和Meth协同作用的探讨，将有助于阐述Meth在HAD形成过程中的作用，具有重要现实意义。

该研究立足于甲基苯丙胺滥用引起海马区皱缩及甲基苯丙胺加速AIDS患者HIV相关性认知障碍形成这一现象，提出外向钾离子通道可能参与HIV壳蛋白gp120及甲基苯丙胺引起海马神经元损伤的假设。结果显示：gp120能显著增强外向延迟性钾电流，引起钾离子外流增多，导致海马神经元的凋亡，而作为外向延迟整流的主要成分，Kv2.1在gp120作用后，表达明显上调，而抑制Kv2.1后，细胞损伤缓解。进一步显示，该上调及细胞损伤过程与p38 MAPK途径相关。甲基苯丙胺作为新型毒品，不仅具有成瘾性，而且引起海马神经元损伤的程度更高，但其机制仍不清楚。该研究显示，甲基苯丙胺不仅可以上调外向延迟钾离子通道Kv2.1的表达，且可以上调瞬时外向钾通道Kv4.2的表达，表现为瞬时外向钾电流的增高。利用Kv2.1抑制剂GxTx-1E，我们发现甲基苯丙胺引起的神经元损伤明显减小，而将Kv2.1通过慢病毒转染的方法，将Kv2.1高表达后，甲基苯丙胺引起的细胞损伤程度更为严重，提示Kv2.1在甲基苯丙胺引起的神经元损伤的过程中扮演重要角色。另外，甲基苯丙胺对与Kv2.1功能类似的钾通道亚型Kv2.2的表达没有明显改变。值得一提的是，甲基苯丙胺可引起钙离子稳态的改变，表现为胞内钙浓度的升高，钙调蛋白表达上调及钙调蛋白激酶2激活，而与钙信号密切相关具有调节Kv4.2功能的KChiPs家族蛋白表达上调，利用膜浆分离的方法，发现甲基苯丙胺作用后，胞内Kv4.2向胞膜转移。利用慢病毒转染的方式，进一步发现，高表达Kv4.2的神经元在甲基苯丙胺作用后，凋亡进一步增加，提示Kv4.2及相关钙信号在甲基苯丙胺引起海马神经元损伤的过程中扮演重要角色。有意思的是，不具细胞损伤能力浓度的gp120与甲基苯丙胺共同作用于神经元后，神经元损伤与gp120，甲基苯丙胺单独处理组比较，损伤程度增加，提示gp120与甲基苯丙胺同时暴露可能存在协同作用，但其机制仍需深入探讨。