脑缺血过程中的酸化调节星形胶质细胞分泌进而调节神经元功能的机制研究

Ischemic stroke is one of the leading causes in human death and disability. However, current therapies targeting neuronal protections are far from ideal outcomes. Due to the deprivation of oxygen and glucose, anaerobic metabolism leads to tissue acidification, which plays an important role in not only neuronal survival but also astrocytic functions. While, the question how astrocytes sense extracellular acidification, modulate their substance secretion, and further affect neuronal functions are not answered yet. Our previous results have revealed that extracellular acidification could influence astrocytic secretion of glutamatic acid, and this might cause the extrasynaptic NMDA receptors activation of adjacent neurons and further regulate neuronal survival. Based on previous data, we intend to investigate how the extracellular acidification during modeled ischemia is sensed by astrocytes and promotes their secretion production which will finally influence neuronal survival. To help understanding the above mechanisms, we manage to use CESI-MS, live cell imaging and patch-clamp techniques on different levels from in vitro cultured cells to in vivo animal models. Our research will bring a new sight on how ischemic acidification influences astrocytic secretion, and provide a deeper understanding of neuronal survival during injury, which may help us discover new drug targets in clinical trails.

脑缺血损伤严重威胁人类的生命健康，但截止目前以神经元为靶点的治疗手段均未取得理想效果。研究提示缺血过程中脑内代谢途径转换导致的组织酸化影响神经元存活，也影响星形胶质细胞的功能。然而，缺血过程中星形胶质细胞如何感受酸化、继而调节自身物质分泌，并进一步影响神经元功能却鲜有研究。我们前期的研究发现胞外酸化调节星形胶质细胞谷氨酸等物质的分泌，这种物质分泌的变化可能通过调节相邻神经元突触外NMDA受体激活影响缺血脑组织中神经元的存活。本研究将基于申请人前期及最新的研究结果，从星形胶质细胞调节神经元功能的角度，采用毛细管电泳-质谱联用、活细胞荧光成像、膜片钳等技术，在细胞、脑片、整体动物等不同层面，深入研究星形胶质细胞感受缺血（过程中的）酸化，并调节其物质分泌，进而调节神经元功能的机制。研究结果将从脑缺血过程中酸调节星形胶质细胞分泌的新视角阐释神经元损伤的机制，对寻找新的临床治疗靶点具有重要意义。

脑缺血是人类社会的一大顽疾，其所造成的损伤不仅严重威胁患者生命，同样会给社会造成很大负担。为了进一步寻找有效治疗该疾病的方法，需要深入研究脑缺血过程所伴随的相关现象。在脑缺血发生的过程中往往伴随有脑组织酸化，组织酸化会同时作用于星形胶质细胞和神经元，从这里入手我们分别探究了缺血酸化对星形胶质细胞分泌和神经元活性的影响。研究发现缺血酸化可以影响星形胶质细胞物质分泌，并降低星形胶质细胞钙活动，这一现象提示缺血酸化可能通过影响星形胶质细胞物质分泌，间接影响神经元存活。在缺血酸化对神经元直接作用的研究中发现，过度酸化会引发酸中毒导致神经元损伤，而轻度酸化（pH=6.5）却相反的保护神经元活性。使用氧糖剥夺（Oxygen Glucose Deprivation，OGD）模型研究显示，通过弱酸处理（pH=6.5）神经元可以降低神经元的损伤程度，包括减少损伤后的乳酸脱氢酶（Lactate Dehydrogenase，LDH）释放，维持神经元ATP的水平。这些结果提示弱酸处理可能与神经元能量代谢通路相关。进一步的研究显示弱酸处理并未对神经元线粒体数量产生影响，但是可以有效维持OGD过程中的线粒体膜电位。为了探究线粒体膜电位在弱酸情况下得以有效维持的原因，我们对神经元线粒体电子传递链进行了研究。通过对不同的线粒体复合物在OGD损伤后的活性检测，我们发现，弱酸处理可以减轻线粒体复合物Ⅰ和Ⅱ在OGD后的活性降低。这一结果从线粒体能量代谢的角度解释了弱酸保护形成的机理，进一步扩展了弱酸保护的作用通路，并为脑缺血保护手段的开发提供了新的思路与靶点。