PKR激活在铜致空间记忆损伤中的作用及机制研究

流行病学及铜代谢障碍相关疾病研究表明过量的铜可损伤认知功能（如记忆），然而其机制尚不清楚。申请者前期研究发现：急性铜暴露可诱导氧化应激、增加双链RNA依赖蛋白激酶(PKR)磷酸化（激活状态）、损伤突触可塑性及小鼠空间记忆，PKR特异性抑制剂阻止了铜诱导的空间记忆损伤，这些结果提示：PKR可能是铜致记忆损伤的关键分子。结合国内外研究资料申请者推测铜通过诱导氧化应激导致PKR激活，通过PKR-eIF2α（翻译起始因子2α）信号通路导致突触相关蛋白下调及细胞凋亡，损伤突触结构及突触可塑性，最终导致空间记忆障碍。本项目拟通过急性实验（已获部分预期结果）及在PKR基因敲除小鼠上复制慢性铜暴露模型，通过电生理技术、电镜技术及激光共聚焦成像等技术及手段验证以上假设，深入探讨PKR在铜致记忆障碍中的作用及分子机制。该研究成果不但可揭示铜对认知功能损害的机制，还将为相关疾病提供新的药物开发策略和靶点。

流行病学及铜代谢障碍相关疾病研究表明过量的铜可损伤认知功能（如空间记忆），然而其机制尚不清楚。本项目系统研究了铜暴露对小鼠空间学习记忆的影响及其分子机制。结果发现：（急性实验中）海马急性铜注射可显著抑制小鼠海马突触可塑性、损害小鼠空间记忆，同时，铜处理诱导氧化应激及可显著升高磷酸化双链RNA依赖蛋白激酶（PKR）水平、显著增加蛋白翻译起始因子2α（eIF2α）磷酸化水平和激活转录因子4（ATF-4） 表达、降低cAMP应答元件结合蛋白（CREB）磷酸化水平。PKR敲除小鼠铜处理后，突触可塑性及记忆的损伤得到显著改善。慢性铜暴露（饮水中含有高剂量的铜）导致了小鼠血清和海马组织中游离铜和结合铜水平显著升高、空间记忆的损伤、突触前蛋白synapsin 1和突触后蛋白PSD-93/95的表达选择性下调、增加了氧化应激水平；我们也发现慢性铜暴露激活了PKR的活性及增加了eIF2α的磷酸化水平；eIF2α下游分子ATF-4表达显著升高，然而CREB的活性受到抑制；慢性铜暴露升高了CHOP的表达且显著增加海马神经细胞凋亡。PKR敲除可以逆转慢性铜暴露所致的记忆损伤。我们提出并证实了慢性铜暴露通过激活PKR/eIF2α信号通路导致空间记忆的损伤、突触选择性的丢失及神经细胞的凋亡。这些实验结果阐明了慢性铜暴露可导致铜在脑组织中蓄积、产生神经毒性作用和神经认知损害。同时，我们也发现，慢性铜暴露可加速三转基因阿尔茨海默病（AD）小鼠（APP/PS1/Tau）空间记忆的损伤。蛋白质组学技术筛选了AD空间记忆损伤的关键分子，确定complexin-1/2是导致慢性铜暴露恶化的AD记忆损伤的关键分子。综上所述，这些研究成果不但揭示了铜对认知功能损害的机制，还为相关疾病提供新的药物开发策略和靶点。