自噬与凋亡在高碘神经毒性中的作用研究

Iodine is an important trace element for human health. Excessive iodine has raised worldwide concern for its developmental toxicity on central nervous system and adverse effects on children's intelligence,but the exact mechanisms underlying the neurotoxicity of excessive iodine remain unclear. Previous studies in my lab show that apoptosis, the process of programmed cell death, is one of the key factors in excessive iodine induced toxicity. However, other mechanisms of pathogenesis also exist and participate in toxicity induced by excessive iodine. It has not been reported whether autophagy, a catabolic process involving the degradation of cellular components through the lysosomal machinery, is involved in excessive iodine induced neurotoxicity and associated with apoptosis. Using in vitro cell culture，animal toxic exposure study, and human epidemiological study, this research project will be focused on effects of excessive iodine at different time points of different doses on learning and memory in rats, morphology of different parts of brain, glucose metabolism, mitochondrial function, oxidative stress, apoptosis and autophage. Effects of mitochondrial apoptosis and autophagic cell death pathways on neurotoxicity induced by excessive iodine and the cross talk between the two death pathways will be investigated in depth by enhancing autophagy, inhibiting autophagy and antagonizing apoptosis. Consequently, we will be able to gain insight into the molecular mechanisms of excessive iodine induced neurotoxicity, identify early diagnostic biomarkers and find a new way to block its neurotoxicity.

碘是一种重要的人体必需微量元素，尽管高碘对神经系统的发育毒性及其对儿童智力的影响已受到高度重视，但其神经毒性作用机制仍不清楚。我们前期研究结果提示，凋亡是高碘产生毒性的关键因素之一，但在其导致的毒性中，除凋亡外还有其它机制参与。作为另一种细胞程序性死亡方式的自噬是否参与高碘所致的神经毒性及其与凋亡的关系尚未见报道。本项目拟从细胞培养、动物染毒和人群调查等途径，采用PET、siRNA、质粒转染等方法，在不同时间点研究不同水平高碘对动物神经行为、脑形态、糖代谢、线粒体功能、氧化应激、凋亡和自噬的影响。通过增强、抑制自噬和拮抗凋亡通路，探讨线粒体凋亡信号通路和自噬信号通路在高碘神经毒性中的作用以及凋亡和自噬两条通路之间的串话，从而进一步阐明高碘神经毒性的分子机制，为寻找高碘神经毒性的早期效应生物学标志和阻断其神经毒作用发生发展提供新思路。

目前我国有许多地区（如环渤海）因为黄河泛滥等原因，水源中存在碘元素过量的现象，可能对人群智力存在危害。尽管高碘对神经系统的发育毒性及其对儿童智力的影响已受到高度重视，但其神经毒性作用机制仍不清楚。本项目通过细胞实验、动物实验和现场流行病学调查，采用PCR、Western blot等技术和方法，在不同时间点研究高碘对智力的损伤作用及其与自噬、凋亡的联系，通过抑制、增强自噬通路，探讨自噬和凋亡的相互作用机制。结果表明：（1）细胞实验：高碘可改变SH-SY5Y细胞形态，使细胞数减少、形态变圆，同时增加细胞凋亡率；高碘可诱导自噬LC3-Ⅱ、p62、Beclin1和凋亡通路中的PARP、p53、Cleaved Caspase-3、Cyt-c等蛋白和基因表达水平的升高；在使用自噬抑制剂3-MA干预后，细胞存活率显著上升；使用抗氧化剂NAC后，自噬基因和蛋白LC3-Ⅱ、p62、Beclin1的表达水平显著下降；（2）动物实验：高碘可以改变大鼠体重和脏器系数，导致大鼠学习记忆能力下降；高碘可诱导海马组织发生病理改变；高碘可引起染毒不同时间段大鼠海马组织自噬和凋亡相关基因及蛋白表达水平的升高；（3）现场流行病学调查：高碘病区儿童尿碘和尿氟水平明显高于对照地区和高碘地区；高碘病区组儿童的血清FT3值低于对照地区和高碘地区；高碘病区儿童智商水平明显低于对照地区和高碘地区，蛋白质组学结果发现高碘地区和适碘地区儿童血浆差异蛋白质表达模式不同，说明蛋白表达趋向的不一致性。结果表明高碘可引起氧化应激介导的自噬性死亡和凋亡从而发挥神经毒性作用，自噬可以调控高碘诱导的SH-SY5Y细胞凋亡，高碘可通过引起大鼠海马组织发生自噬和凋亡从而损伤大鼠的学习记忆能力，目前人群调查未能证实高碘是智力损伤的危险因素，可能的原因是人群流行病学调查混杂因素较多、人群样本量偏少，有待于进一步研究。