胞外游离锌离子在急性脑缺血致神经死亡中的意义

Acute ischemic stroke is a leading cause of death and disability.worldwide.Its neuropathological feature is first the cascade damage reactions such as glutamic acid release,production of free radical,potassium ion release from neuron etc,then neuron death. Under normal circumstances,zinc is a trace element widely distributed in brain with high concentrations and many physiological functions. However,in pathological conditions of acute ischemic stroke, zinc ion might be rapidly released from neuron and produce extensive neurotoxicity. So transient excessive extracellular zinc is thought to contribute to the resulting neuropathology of the acute ischemic stroke.Present project will apply TPEN, the special chelating agent of zinc ion to respectively acute ischemic stroke model animal, excessive zinc ion perfusing hippocampus slice,excessive zinc ion cultured neuron and excessive zinc ion perfusing synapse.And we hope to investigate the inhibitory effect of TPEN on the cascade damage reactions and neuron death induced by acute ischemic stroke besed on entire body, brain slice, neuron and synapse by in vivo and in vitro experiments. It will be helpful to make clear whether excessive extracellular zinc ion is the promoter of the cascade damage reactions of acute ischemic stroke, then to clarify the significance of zinc ion in developemrnt of ischemic stoke. So the implement of present project might be hopeful to provide new neuroprotection programme on acute ischemic stroke.

急性脑缺血是致残率和致死率均很高的人类常发病。其神经病理性学特征是首先产生损伤性生化级联反应，如神经细胞谷氨酸大量释放、自由基产生、钾离子释放等，随后发生神经坏死。在生理状态下，锌离子在大脑中贮量丰富、分布广泛且作用靶点多，而在急性脑缺血时，锌离子会由神经元大量释放，致使其胞外含量瞬间超出生理浓度窗而产生广泛的神经毒性作用，这暗合急性脑缺血损伤性生化级联反应的特征。为此本课题拟采用特异性锌离子鳌合剂TPEN分别作用于急性脑缺血模型动物、过量锌离子灌流的脑片、过量锌离子培养的神经细胞以及过量锌离子灌流的突触，即通过整体和离体实验、从整体、脑片、细胞和突触体水平观察TPEN对急性脑缺血海马损伤性级联反应和神经损伤的抑制效应，明确过量的胞外锌离子是否为急性脑缺血引起神经损伤性级联生化反应的启动因子，进而阐明锌离子在缺血性脑卒中发病进程中的意义。这可望为急性脑缺血神经保护有效方案的提出提供新思路。

缺血性脑卒中以其高发病率、高致残率和高死亡率严重威胁着人们的生命，对其发病机制和防治措施的研究一直生物医学界关注的热点。已有的研究表明，急性脑缺血的神经病理学特征是首先产生损伤性生化级联反应，继而发生神经损伤。对于如何启动损伤性级联反应，学界有诸多推测和假说,但尚无定论。我们注意到，在生理状态下，锌离子在神经系统尤其脑中分布广泛，则作用靶点多，急性脑缺血时，锌离子会不会广泛启动其作用靶点从而启动损伤性级联反应？这是本项目意图揭示的。为此本项目通过在体和离体实验，以特异性锌离子螯合剂TPEN做为工具药物，主要研究了神经缺血缺氧致神经损伤与锌离子触发兴奋性氨基酸信号传导、电压依赖性钠和钾离子通道传导和氧化应激的关系。研究结果表明，TPEN可明显改善脑卒中大鼠的神经行为学症状，减少其脑梗死面积和神经细胞凋亡数量；同时TPEN可明显降低脑缺血大鼠血液中MDA和IL-6的含量以及NOS的活性，而能提高SOD的活性；另外TPEN可降低缺血缺氧的神经细胞内谷氨酸的释放，增加神经细胞膜上保护性谷氨酸受体亚型AMPA受体GluR2亚基的表达，而减少神经细胞膜上损伤性谷氨酸受体亚型NMDA受体NR2亚基的表达；此外TPEN还可以改善电压依赖性钾离子和钠离子通道电流的特性，降低缺血缺氧的神经细胞钾离子的外流同时提高钠离子通道的活性。最后我们利用以缺血缺氧的PC12和原代神经细胞为模型，发现大豆异黄酮亚型-染料木黄酮也可抑制缺血缺氧神经细胞凋亡和死亡，尝试了评价防治缺血性脑卒中的相关活性物质的体外实验模式。对这些结果总结后已经发表SCI收录论文7篇，核心期刊论文1篇，参加学术会议3次。研究进展提示，急性脑缺血发生时神经细胞游离锌离子的释放可能通过对谷氨酸信号通路、氧化应激以及电压依赖性离子通道电流的影响而引起神经元死亡或凋亡，而螯合锌离子则可能是对急性脑缺血引起的神经损伤的一种神经保护策略，特异性锌离子螯合剂则有可能是针对急性脑缺血引起的神经损伤的潜在神经保护剂。