FGF10促星形胶质细胞分泌BMPER发挥脑缺血保护作用及机制研究

Ischemic stroke is one of the most frequent causes of morbidity and mortality worldwide and needs promising therapeutics. Fibroblast growth factors are a group of proteins involved in multiple biological functions. In the previous studies, we have found that fibroblast growth factor 10 (FGF10) is secreted by neurons and protects against ischemic injury in oxygen and glucose deprivation (OGD) and middle cerebral artery occlusion (MCAO) models. In the preliminary experiments, we also found that FGF10 stimulated the secretion of BMPER from astrocytes, and observed that BMPER was neuroprotective in OGD model. However, the effect of BMPER in animal model and the molecular mechanisms for the neuroprotection of BMPER remain unclear. In this project, we plan to investigate the possible role and molecular mechanisms of FGF10-BMPER signaling pathway in brain. On one hand, we will study whether FGF10 promotes astrocytes to secrete BMPER and whether BMPER is indeed neuroprotective in MCAO models using stereotaxis techniques, immunoblotting and immunohistochemistry. On the other hand, we will using specific chemical inhibitors and siRNAs to explore the molecular mechanisms underlying the neuroprotection of BMPER, such as Smad-mediated PI3K and ERK1/2 signaling pathways. The results from our project may be important for the understanding of pathophysiological changes of cerebral ischemia and shed light on the development of effective neuroprotective drugs.

FGF10是成纤维细胞生长因子（FGFs）家族的一员，其功能尚未完全阐明。我们在前期研究中，首次发现神经元可分泌FGF10，在缺氧缺糖（OGD）和大脑中动脉阻塞（MCAO）模型中均有神经保护作用。最近，我们又发现FGF10可促进星形胶质细胞分泌一个名为“BMPER”的新细胞因子，且BMPER在OGD模型上可减轻神经元缺血损伤，但其在体效果及分子信号机制仍不明确。在此基础上，拟在MCAO模型上进一步研究证实BMPER的在体效果，并利用特异性抑制剂和siRNA干扰等方法探索BMPER是否通过调控Smad介导的PI3K、ERK1/2等信号通路发挥神经保护作用。通过这些实验，以证实“神经元分泌FGF10→作用于星形胶质细胞→促BMPER释放→BMPER旁分泌→减轻神经元缺血损伤”这一神经保护通路。本项目将有助于发现基于FGF10-BMPER神经保护通路的脑缺血保护新策略，具有重要的科学和临床意义。

缺血性脑卒中致残率高，严重危害人类健康，被公认为围术期严重的并发症之一。成纤维细胞生长因子10（FGF10）可促进神经再生和血管形成，具有潜在的神经保护作用，但具体机制尚不明确。本课题研究发现FGF10可通过上调血红素氧合酶(HO-1) 减轻神经元在OGD刺激后的损伤，还可通过激活PI3K-Akt信号通路、抑制缺血脑组织中NF-B信号通路及相关炎症因子TNF-及IL-6的激活在MCAO模型上发挥明确的神经保护作用。我们还发现，FGF10可促进星形胶质细胞分泌一个全新BMP家族蛋白BMPER。BMPER是一个功能尚未完全清楚的分泌性蛋白，其在大脑中潜在的病理或生理功能，目前尚未有研究。我们利用离体培养的神经元OGD/R模型和整体动物MCAO模型对BMPER在脑缺血损伤中的潜在作用和分子机制开展了研究。发现BMPER可在神经缺血状态下被诱导，OGD模型神经元细胞中BMPER的mRNA表达明显上调，MCAO模型血中BMPER浓度明显上升，脑梗死核心区和梗死半暗带的BMPER的mRNA术后表达显著上调。OGD模型上还观察到：BMPER显著提高细胞活力，减少细胞凋亡，细胞ROS水平下降，降低细胞脂质氧化水平，磷酸化Smad1、Smad2表达水平下降，p-Smad3表达水平上升，p-Akt表达水平上升，p-Nrf2/Nrf2表达水平上调，bax蛋白表达水平下降、bcl2蛋白表达水平上调。MCAO模型上观察到：BMPER可以显著缩小脑梗死体积，减轻脑水肿程度，减轻神经功能缺损，减少神经凋亡；显著降低caspase-3、caspase-8的激活，抑制了星型胶质细胞的激活，抑制了缺血侧脑组织的TNF-a、IL-6、IL-1b的mRNA表达上调，CD11b免疫组化染色显著增强。我们的研究结果提示，BMPER在体内外均有确切的发挥脑缺血损伤保护作用，其机制可能为通过Smad3-Akt-Nrf2信号通路抑制氧化应激、减少细胞凋亡。这一结果深化了对BMP家族成员在脑血管疾病中的重要作用的认识，也揭示了BMPER可能是脑缺血防治的干预新靶点，具有重要的科学意义和潜在的临床转化应用前景。