CART调控突触可塑性保护缺血性脑损伤机制研究

Regulation of synaptic plasticity is one of the important mechanisms for promoting neurological recovery and improving prognosis in ischemic stroke. Cocaine and amphetamine - regulated transcript peptides (CART) plays an important role in protecting brain from ischemic injury. Our previous study found that CART can regulate synaptic plasticity and upregulate activity-regulated cytoskeleton–associated protein(Arc) mRNA expression in cerebral ischemia. Based on the previous work, our subject wants to research the following questions by various molecular biotechnology in vivo and vitro models of cerebral ischemia：1) To definite the correlation of CART and synaptic plasticity in ischemic brain injury；2) To determine that CART regulates synaptic plasticity by upregulating Arc expression in ischemia-induced cerebral injury；3) To explore that CART regulates Arc transcriptional activity by upregulating the activity of cAMP-response element binding protein (CREB). Through the above studies, we reveal a new protective mechanism of CART and the significance of CART in the regulation of synaptic plasticity in ischemic brain damage. The study provides a new idea for the development of brain protective agent of CART.

调控突触可塑性是促进缺血性脑卒中后神经功能恢复，改善预后的重要机制之一。可卡因-苯丙胺调节转录肽（CART）对缺血性脑损伤具有保护作用。我们前期研究发现，CART可调控脑缺血后突触可塑性；并可上调缺血后突触可塑性相关基因：活性调节的细胞骨架联系蛋白基因（Arc）的mRNA表达。本课题在前期工作基础上，利用体内外脑缺血模型，采用多种分子技术进一步研究如下问题：1）明确CART在缺血性脑损伤病理过程中与突触可塑性相关性；2）明确CART通过上调Arc基因表达发挥对缺血所致的突触可塑性损伤的保护作用；3）确定CART通过活化环磷酸腺苷反应元件结合蛋白（CREB）调控Arc转录活性，调控突触可塑性。通过上述研究，揭示CART调控缺血性卒中突触可塑性的全新机制；阐明CART在缺血所致的突触可塑性损伤调控中的重要性，为CART作为缺血性卒中治疗药物的研制提供新思路。

突触可塑性损伤、突触活动的消失是脑缺血后最早出现的病理变化。调控突触可塑性是促进卒中后神经功能恢复的重要机制之一。我们的前期研究发现可卡因-苯丙胺调节转录肽（CART）对缺血性脑损伤具有保护作用；本项目研究中我们成功建立了小鼠原代培养神经元氧糖剥夺（OGD）和小鼠缺血/再灌注（MCAO）模型，完成各组OGD神经元死亡率及缺糖缺氧/缺血条件对神经元突触结构的影响；检测CART对各组缺糖缺氧/缺血神经元突触可塑性的影响及对Arc基因表达的影响，同时检测CART对CREB/p-CREB表达影响及p-CREB特异性抑制剂KG501对CART处理氧糖剥夺/缺血神经元Arc基因表达和突触结构和突触素表达的影响。我们发现：（1）CART在OGD及脑缺血/再灌注条件下对皮层神经元突触可塑性具有调控作用；即急性脑缺血条件下，神经元突触可塑性损伤，突触结构改变，突触前囊泡数减少，突触素表达被下调； CART减轻OGD及脑缺血/再灌注所致的神经元突触结构损伤，增加缺血神经元突触素表达及缺血皮层突触前囊泡数，调控脑缺血后神经元突触可塑性，降低OGD神经元死亡率，减轻缺血性脑损伤。（2）体外研究发现，在OGD环境下Arc表达受到抑制，CART调控Arc mRNA及蛋白表达；（3）进一步体外研究研究表明CART对OGD神经元Arc的表达及突触结构的保护作用可被p-CREB特异性抑制剂KG-501抑制。研究阐明CART 通过活化CREB调控Arc表达，调控突触可塑性，进而保护缺血性脑损伤的分子调控机制，为 CART 作为缺血性卒中治疗药物的研制提供新思路。