Hcy代谢失衡对BDNF的表达调控在应激性认知功能障碍中的作用及机制研究

Chronic stress is one of the main risk factors in the development of cognitive decline, however, the mechanism, especially the non-GC mechanism, underlying this remains unclear. Brain-derived neurotrophic factor (BDNF) is essential in cognitive function supporting, whose deficiency was proved to be associated with cognition impairment significantly. Our pre-test results indicated that chronic stress could induce the accumulation of homocysteine by disturbing the metabolism of it, which played a decisive role in the onset of cognitive decline. We have also found that hyperhomocysteinemia could induce hypermethylation of the BDNF gene and suppress the expression of its protein. Based on our preliminary data, we hypothesized that the stress-induced homocysteine metabolic dysfunction could down-regulate the expression of BDNF, and thus as an important factors involved in the development of cognitive decline. Neural pharmacological, behavioral and molecular methods would be used to reveal the effect of homocysteine metabolism on BDNF expression and the mechanism underlying it. This research would be helpful for the prevention and treatment of stress-associate cognitive impairment.

应激是公认的认知功能障碍发生发展的重要风险因素，但其具体作用机制——尤其是糖皮质激素以外的机制——尚不明了。脑源性神经营养因子BDNF对维持正常的认知功能至关重要，其水平下降与认知功能损伤密切相关。本课题组前期预实验结果发现，慢性应激可诱导同型半胱氨酸Hcy代谢失衡而导致Hcy蓄积，在应激性认知损伤中扮演重要角色；另一方面，前期结果显示Hcy可引起BDNF基因甲基化水平升高而下调BDNF在海马的表达。据此我们推测，慢性应激条件下Hcy代谢失衡对BDNF的表达调控作用可能是应激导致认知功能障碍发生发展的生物学机制之一。为验证该假说，本课题将结合使用离体和在体的多种研究手段，观察Hcy介导的BDNF基因甲基化变化在应激导致认知功能障碍过程中的作用，并从细胞和分子水平探讨其具体机制，为降低应激性认知损伤发生风险提供理论基础，为预防和治疗应激性认知损伤提供新的药物靶点。

应激是公认的认知功能障碍发生发展的重要风险因素，但其具体作用机制——尤其是糖皮质激素以外的机制——尚不明了。我们前期发现慢性应激可诱导同型半胱氨酸Hcy的蓄积并下调BDNF在海马的表达，据此我们推测，Hcy代谢失衡对BDNF的表达调控作用可能是应激导致认知功能障碍发生发展的生物学机制之一。本项目通过系统研究，观察了Hcy介导的BDNF基因甲基化变化在应激导致认知功能障碍过程中的作用，并从细胞和分子水平探讨其具体机制：1. 通过两种动物模型，研究了慢性应激诱导大鼠认知功能损伤以及此过程中Hcy代谢失衡的规律特点。2. 利用动物和细胞实验，研究了应激条件下Hcy代谢紊乱导致认知功能障碍的生物基础，发现应激条件下增多的Hcy一方面可以干扰甲基化进程，通过促进BDNF基因启动子区域DNA甲基化关闭BDNF的表达，从而影响认知功能；另一方面，升高的Hcy还可能诱导海马结构和皮层内Aβ的错误加工和蓄积，增大认知功能的损伤风险。3. 研究了应激诱导Hcy代谢紊乱的中枢和外周调控机制，确定了应激调控Hcy代谢紊乱的生物信号基础，发现应激释放的GC结合GR后在肝脏和脑内分别激活转录因子Sp3和KLF4，抑制了CBS等Hcy代谢酶的表达，从而导致Hcy在体内不断蓄积，对认知功能产生负面影响。4. 在原目标以外，项目还通过对动物和人类体液样本中Hcy与应激相关性的比较，验证了Hcy作为新型应激损伤预警标志分子的可行性，并对基于拉曼光谱的Hcy新型实时检监测技术有效性做了初步探索，发现血浆及尿液Hcy可以作为应激负荷及应激损伤预警的标志分子，但针对Hcy的拉曼光谱检测技术在复杂生物样本中具有明显的局限性，需要开发其他实时检测方法。这些结果可为阐明应激机体认知功能损伤的生物学基础提供新的科学依据，为降低AD发病的应激风险因素提供理论基础，为预防和治疗应激相关的认知损伤乃至AD提供新思路和新药物靶点。