针刺对脑缺血星形胶质细胞-神经元能量偶联的调节机制研究

Astrocyte-neuron energy coupling is the key mechanism in the maintenance of energy metabolism in brain. Physiologically, neuron can consume glucose and lactic acid. However, under the conditions of ischemia and hypoxia, neuron consumes mainly lactic acid provided by astrocyte through astrocyte-neuron lactate shuttle. Based on this discovery and our earlier research works, we propose that acupuncture can regulate astrocyte-neuron energy coupling through promoting transport of glucose, generation of lactic acid in astrocyte, and transport and metabolism of lactic acid in neuron, then helping the maintenance of energy, protecting neuron from injure. In this project, the effects on the cerebral function, microcirculation, and the transport and metabolism of glucose and lactic acid in astrocyte and neuron, and also on the change of regulating molecule of the astrocyte-neuron energy coupling with method of neurobehavioral manifestation, immunohistochemistry, real-time fluorescent quantitative PCR, western blot and so on in rats with MCAO, in order to demonstrate the effects and mechanism of acupuncture on the regulation of astrocyte-neuron energy coupling and provide evidence for the treatment of cerebral ischemia with acupuncture.

星形胶质细胞-神经元能量代谢偶联是脑能量代谢的关键机制。神经元生理状态下可摄取葡萄糖及乳酸氧化供能；但缺血/缺氧状态下，胶质细胞产生的乳酸通过乳酸穿梭途径提供神经元能量代谢底物是主要代偿机制，影响神经元的损伤及修复。基于此项科学发现及课题组前期研究基础，我们提出针刺可通过促进胶质细胞葡萄糖摄取和乳酸生成、神经元乳酸的转运及代谢，进而调节星形胶质细胞-神经元能量代谢偶联，维持脑能量代谢，保护神经元和脑功能。本项目拟采用神经行为学、图像分析、免疫组织化学、Western blot、实时定量PCR等技术，观察针刺对MCAO大鼠脑功能的恢复、微循环血流量等的影响，检测针刺对缺血状态下脑葡萄糖和乳酸的转运、代谢及胶质细胞-神经元能量代谢偶联调节因子的影响，从针刺影响星形胶质细胞-神经元能量代谢偶联发挥的分子作用途径，阐明针刺维持缺血后脑组织能量稳态的作用及机制，为针刺治疗脑缺血性疾病提供研究依据。

基于项目组前期的研究基础，本项目以大脑中动脉线栓法复制局灶性脑缺血（MCAO）大鼠模型为研究对象，以针刺调控星形胶质细胞-神经元的能量代谢为切入点，深入探讨脑缺血后脑组织葡萄糖的摄取和脑乳酸的转运、代谢及其调控机制，电针的干预效应及其分子调节机制。.主要研究内容包括：采用神经行为学观察针刺对MCAO大鼠脑功能和神经元的恢复、软脑膜微循环血流量；采用HE和TUNEL染色检测针刺对MCAO大鼠脑组织形态学的影响；采用酶化学法等方法检测星形胶质细胞Glu-Gln环路中的谷氨酸（Glu）含量，检测葡萄糖、乳酸含量，糖酵解相关酶和乳酸脱氢酶的活性及其表达；采用PAS染色检测针刺对MCAO大脑组织糖原表达的影响。采用免疫组化检测脑组织星形胶质细胞胶质纤维酸性蛋白（glial fibrillary acidic protein，GFAP）、葡萄糖转运蛋白（GLUT1, GLUT3）的表达和分布，免疫荧光技术检测脑组织单羧酸转运蛋白（MCT1, MCT2, MCT4）的表达和分布；应用Western blot和实时荧光定量PCR技术检测脑组织单羧酸转运蛋白（MCT1, MCT2, MCT4）及葡萄糖转运蛋白（GLUT1, GLUT3）、兴奋性谷氨酸转运体（EAAT1, EAAT2）的蛋白和基因表达的变化规律。.主要研究结果显示：（1）针刺可改善MCAO大鼠神经行为功能，针刺可促进MCAO大鼠神经功能的恢复，针刺治疗后针刺组大鼠神经体征评分低于模型组，脑微循环血流量高于模型组，具有显著性差异(P<0.05)。（2）针刺组大鼠脑组织星形胶质细胞GFAP的表达增加，与模型组有显著性差异(P<0.05)。（3）针刺可上调脑组织单羧酸转运蛋白（MCT1, MCT2, MCT4），兴奋性谷氨酸转运体（EAAT1, EAAT2）蛋白及mRNA的表达，与模型组相比有显著性差异(P<0.05)，进而促进脑组织乳酸的转运。（4）应用单羧酸转运蛋白抑制剂（4-CIN）后可抑制针刺促MCAO大鼠神经损伤的恢复及抑制单羧酸转运蛋白（MCT1, MCT2, MCT4）的表达。.科学意义：针刺可上调脑组织的葡萄糖和乳酸相关转运蛋白表达，表明针刺可从葡萄糖和乳酸的产生、转运及代谢过程影响星形胶质细胞-神经元能量代谢，针刺可促进星形胶质细胞-神经元能量偶联，调节脑缺血状态下血糖供能和星形胶质细胞-神经元的乳酸穿梭，