基于α4β2 nAChRs PET分子示踪进行的烟碱干预缺血性认知障碍的机制研究

Previous studies found that ischemic cognitive impairment after stroke is related with the damage of acetylcholine system, decrease of α4β2 nAChRs in brain. On the basis of series of preparatory work, we speculated that nicotine may improve ischemic cognitive impairment through up-regulating α4β2 nAChRs and inhibiting the neuroinflammation of microglia in brain. In this project, we intends to perform 2-[18F]-A-85380 Micro PET imaging on the mice with ischemic cognitive impairment, blocking α4β2 nAChRs and inhibiting JAK2-STAT3 pathway on animal experiments and cell experiments, to confirm whether nicotine improve ischemic cognitive impairment by up-regulating α4β2 nAChRs and activating JAK2-STAT3 pathway by binding with α4β2 nAChRs to inhibit the microglial proliferation and secretion of inflammatory factors in brain. Finally, nicotine and non-steroidal anti-inflammatory drugs were combined on the mice with ischemic cognitive impairment for the synergistic effect. The project could confirm the molecular mechanisms of nicotine improving ischemic cognitive impairment and provide a new method for the further study of mechanisms and treatment of cognitive impairment after stroke.

前期研究发现脑卒中后缺血性认知障碍与脑内乙酰胆碱系统受损、α4β2 nAChRs减少有关。结合系列前期研究结果推测，烟碱可能通过上调α4β2 nAChRs和抑制神经炎症反应的分子机制改善缺血性认知障碍。本项目拟先通过2-[18F]-A-85380 Micro PET研究烟碱对缺血性认知障碍的改善是否通过上调脑内α4β2 nAChRs，并通过动物实验和细胞实验进行α4β2 nAChRs受体阻断和JAK2-STAT3通路阻断双向研究，明确烟碱是否通过上调α4β2 nAChRs及与α4β2 nAChRs结合后激活JAK2-STAT3信号通路抑制小胶质细胞的增殖和炎症因子的分泌而改善缺血性认知障碍；最后研究烟碱与非甾体抗炎药对脑卒中后认知障碍的协同改善作用。本项目可明确烟碱改善缺血性认知障碍的分子机制，为脑卒中后认知功能障碍机制的深入研究和治疗提供新方法。

血管性认知功能障碍是仅次于阿尔兹海默病（Alzheimer’s disease，AD）导致痴呆的第二位原因。近年来脑卒中发病率显著上升其中有将近一半会出现卒中后的认知功能障碍，约1/3发展为痴呆，因此若能早期诊断早期进行干预，则有可能延迟甚至阻止痴呆的发生。烟碱对认知功能有着重要的保护作用。病理学研究表明，在缺血条件下，小胶质细胞过度激活而引起的炎症反应可破坏血脑屏障，并造成脑损伤，促进血管性认知障碍的发生发展。本项目的前期实验表明烟碱能够显著改善缺血性认知障碍大鼠的认知功能，这与丘脑及全脑的α4β2 nAChRs 受体密度的上调有关。本项目通过ET-1构建大鼠脑缺血认知功能障碍模型，应用Morris水迷宫实验检测大鼠认知功能的改变，2-[18F]-A-85380 Micro PET 显像定量分析α4β2 nAChRs在大鼠脑内的分布状况；应用Real-time PCR、Western blot、免疫组化、免疫荧光技术检测α4β2 nAChRs受体亚基、JAK2、STAT3、炎症因子的表达情况，小胶质细胞激活状态。研究结果表明缺血性认知功能障碍大鼠的脑内α4β2 nAChRs下降，不同剂量烟碱均可以上调α4β2 nAChRs，但不同剂量烟碱改善大鼠缺血性认知障碍效果不同，一定剂量范围内效果显著，过高剂量效果下降。烟碱改善缺血性认知障碍的机制是通过上调α4β2 nAChRs受体后激活JAK2-STAT3 信号通路，进而抑制小胶质细胞增殖和炎症因子分泌。烟碱联合非甾体抗炎药塞来昔布干预治疗大鼠缺血性认知障碍具备协同效果：烟碱和塞来昔布均能够抑制缺血大鼠脑内小胶质细胞激活，减少炎症因子分泌，减轻脑损伤，改善认知功能；两者抑制神经炎症机制不同，联合应用效果优于任一单用效果。该项目研究成果具有积极的临床意义，目前痴呆已成为全球关注的影响健康的重大疾病，但是治疗一直没有理想的方法。该研究成果提示神经炎症与认知功能密切相关，抑制小胶质神经炎症可改善认知功能障碍；α4β2 nAChRs受体激活JAK2-STAT3 信号通路进而抑制小胶质细胞增殖和炎症因子分泌；两种不同抗炎机制的药物联合应用具有协同效果；为痴呆的治疗提供理论支持、治疗多靶点选择和机制深入探索，具有较好的临床转化和应用前景。