Nrf2/ARE信号通路逆转高糖环境诱导小鼠神经干细胞分化发育异常的研究

The compromised differentiation of neural stem cell induced by elevated glucose concentration in blood possesses a key role in the neural malformation of fetus in PGDM (Pre-gestational diabetes mellitus). Whether and how this process can be reversed remains largely unknown. Our previous findings revealed that the oxidative stress is significantly increased in the brains of PGDM mouse fetuses. In addition, neuronal proliferation, apoptosis, migration as well as differentiation were altered, leading to increased ratio of neural system abnormalities. During this process, the antioxidation mediated by Nrf2/ARE signaling is triggered. The downregulation of Nrf2 in response to the oxidative stress results in the decreased neuronal viability, indicating the protective role of Nrf2 in the development of neural system in high glucose environment. In this study, we will overexpress or knock down Nrf2 level using genetic tools in cultured mouse neural stem cells (mNSCs) in presence of high glucose. By doing the gain- or lose- of function, we aim to clarify: 1) the change of oxidative stress and antioxidation in the process of mNSCs development in presence of high glucose; 2) whether manipulation of Nrf2 can rescue the developmental deficits of mNSCs induced by the high glucose environment. This study will provide further understandings of the molecular mechanisms underlying the neural malformation caused by PGDM, and suggest the potential targets and strategies for clinical prevention and treatment.

糖尿病合并妊娠（PGDM）胚胎神经系统发育畸形发生率明显增高，其实质是神经干细胞分化发育异常，如何逆转该过程研究甚少。我们既往研究发现PGDM胎鼠脑组织神经细胞增殖、凋亡、迁移及分化显著异常，Nrf2/ARE信号通路介导的抗氧化反应启动，体外高糖环境干扰Nrf2后神经细胞活力下降，由此我们推测Nrf2在高糖环境的神经干细胞分化发育过程中起保护作用。本研究拟利用基因转染及RNA干扰技术分别调控高糖环境的小鼠神经干细胞（mNSCs）中Nrf2表达，分析Nrf2过表达或沉默对高糖环境（1）mNSCs分化发育过程中氧化应激与抗氧化反应的影响；（2）mNSCs增殖/凋亡、神经营养因子、迁移及分化为神经元/神经胶质细胞命运的影响，最终明确靶向调控Nrf2能否逆转高糖环境诱导的mNSCs分化发育异常。从而深化对PGDM致胚胎神经系统发育畸形分子机制的认识，为临床PGDM逆转调控策略提供新靶点。

研究背景.糖尿病妊娠（PGDM）增加胎儿神经系统发育异常的概率，其实质是神经干细胞分化发育异常，具体机制目前仍不明确。我们前期研究发现PGDM胎鼠神经发育过程中Nrf2介导的抗氧化反应启动，而神经细胞的增殖/凋亡和神经营养因子在神经干细胞的分化过程中至关重要。因此，我们在前期研究的基础上深入研究Nrf2介导的氧化应激反应和神经营养因子CNTF在PGDM胎鼠神经发育过程中作用机制。.研究内容.建立糖尿病合并妊娠小鼠模型（PGDM组）及高糖环境神经干细胞发育细胞模型，观察高糖对小鼠神经干细胞分化发育过程中增殖/凋亡、氧化应激、CNTF及最终分化为神经元/神经胶质细胞命运的影响，进一步观察高糖环境过表达CNTF和抑制Nrf2对神经干细胞分化发育的影响及CNTF和Nrf2之间的调控关系。.研究结果.（1）在孕12.5、孕15.5、孕18.5天的胎鼠神经管区域，CNTF表达降低，PGDM组神经元（NF-M，Tuj1阳性）表达水平降低（伴神经元增殖减少），神经胶质细胞（Olig2,GFAP阳性）表达升高（伴神经胶质细胞增殖增加）。.（2）与动物实验一致，在神经球原代培养时，高血糖可以引起CNTF表达降低，神经球成球率减低、直径变小，神经干细胞分化为神经元（NF-M阳性）减少，神经胶质细胞增加（Olig2和GFAP阳性）；外源性增加CNTF时，以上负面效果可以被部分挽救。.（3）动物实验及神经球原代培养皆表明，高糖引起Nrf2通路激活（Nrf2、HO1、SOD2、NQO1和p62的表达增加），Nrf2在此过程中起保护作用。.（4）CNTF和Nrf2在高糖环境皆通过激活STAT3通路参与调解神经干细胞的分化，两者为协同作用。.实验结论和科学意义.我们的研究表明，糖尿病妊娠导致神经干细胞向神经元/神经胶质细胞的分化失衡，神经营养因子CNTF和Nrf2是调节此过程神经干细胞分化的关键因子，深化了对PGDM致胚胎神经系统发育异常分子机制的认识，为临床PGDM胚胎神经系统发育异常的防治提供了新靶点。.神经元在神经系统行使功能中扮演最重要的角色，本研究证实了神经元分化异常是PGDM神经系统发育异常的关键点，我们将继续深入研究PGDM导致神经干细胞向神经元分化异常的具体机制。