超早期康复锻炼通过HIF-1α调控PCK促进不完全糖异生途径加剧脑卒中损伤的机制研究

Ischemic stroke is the first major cause of disability. Rehabilitative exercise is the most effective treatment except recanalization, which can promote the recovery of neurological function and reduce the degree of disability. However, the latest clinical and animal studies show that early rehabilitation exercise did not obtain the desired therapeutic effect, on the contrary may increase neurological deficit. Therefore, it’s of great significance to verify the mechanism of brain injury induced by early rehabilitation exercise thus avoiding its side effects and making it more accurate and more effective for clinical treatment. Previous studies have found that HIF-1α expression increased after stroke with incomplete gluconeogenesis and impaired oxidative stress. We also found that limb training increases brain metabolism and increases the level of HIF-1α. Therefore, we propose that: early rehabilitation exacerbates oxygen consumption, up-regulates HIF-1α, which directly binds to the promoter of PCK, key enzyme in gluconeogenesis, or forms HIF -1α-XBP1s complex, up-regulate PCK, leading to incomplete gluconeogenesis and oxidative stress injury after stroke. This project aims to clarify the mechanism of incomplete gluconeogenesis regulated by HIF-1α during early rehabilitation exercise in whole animal, knockout animals and primary neurons by using morphology and molecular biology techniques.This will provide a theoretical basis and biological markers for post-stroke precision rehabilitation medicine.

缺血性脑卒中是我国第一大致残疾病，康复锻炼是除血管再通外最有效的治疗手段。但最新研究表明超早期康复治疗并未获得理想的效果，相反有加重脑损伤的趋势，因此明确其具体机制，使康复治疗更精准的介入临床，具有重要意义。我们根据文献报道及初步研究结果推测：缺血性卒中发生后，超早期康复锻炼能够加速半暗带内氧耗，从而抑制HIF-1α的降解；上调的HIF-1α可以直接结合PCK启动子HRE位点，在转录水平调控PCK表达；同时与激活剪切的XBP1s mRNA结合，形成HIF-1α-XBP1s复合体，诱导FoxO1出核，介导内质网应激通路，间接上调PCK表达，促进不完全糖异生途径，加剧酸中毒和氧化应激，是超早期康复加剧脑损伤的重要机制。本课题在动物和细胞水平，运用形态学及分子生物学技术，对我们的假说进行验证，如能证实，将对缺血性卒中精准康复医学研究，提供新的视角；对探索康复治疗介入的最佳时机，提供有价值的线索。

缺血性脑卒中是我国第一大致残疾病，康复锻炼是除血管再通外最有效的治疗手段。但最新研究表明超早期康复治疗并未获得理想的效果，相反有加重脑损伤的趋势，因此明确其具体机制，使康复治疗更精准的介入临床，具有重要意义。通过本项目我们发现，1）脑组织存在糖异生现象，通过抑制糖异生途径能够减轻乳酸中毒和氧化应激，降低缺血再灌注后脑损伤；2）超早期运动训练加剧脑损伤，适时早期运动训练能够通过抑制神经元糖异生途径，通过诱导Foxo1磷酸化胞质表达，作用于神经元糖异生关键酶PCK1和PCK2，阻断底物OAA转化为产物PEP和乳酸，减轻酸中毒和氧化应激损伤；3）为了规避超早期高强度运动训练诱发的不良预后，我们尝试探索新型康复模式，发现远隔缺血适应（RIC）可模拟运动康复，既在卒中超早期能够降低脑梗死体积又能促进运动和认知功能恢复，卒中恢复期可以通过促进神经可塑性，突触发生、血管生成和可塑性调节过程，促进卒中康复，甚至超早期RIC康复训练的效果相比于运动训练康复更加突出；4）在此基础上，我们将二者相结合，提出新的超早期康复模式-RICE，既可以规避超早期康复运动诱导的脑损伤，又可以为恢复期运动训练的长期重塑效应提供支持，发现卒中后超早期RICE训练可以安全有效地促进运动功能和认知功能的恢复，尤其是后续运动训练启动更晚的5天RICE的效果更好，甚至比单独运动训练或者单独RIC训练的改善更加明显；5）超早期RICE通过上调HIF-1α，调控PLD2介导的mTOR通路，调节神经可塑性，促进神经功能恢复。本研究对缺血性卒中精准康复医学研究，提供新的视角；对探索康复治疗介入的最佳时机，提供有价值的线索。