Smads介导TGF-β超家族参与脑缺血损伤信号转导网络研究

Super family of transforming growth factor-beta (TGF-β) is a group of proteins that have similar constructions, play analogous functions and signal transductions. Some members of this super family have been found to play important roles in the ischemic brain injury by our team in the earlier study. But the study on this area mainly focused on a single pathway, neglecting the cross-talk among different singles and the common single transduction pathway that Smads induced in TGF-β super family. It is difficult to distinguish the course of the effect that is from a single pathway or a comprehensive cross work among members of a super family. To solve this problem, modes of ischemic brain injury in vitro will be introduced in this study, to explore the network of members in TGF-β super family. Through interfering their potential downstream cross-talk points, expressions and functions of other related single transduction factors in this network will be exanimated. Functions of TGF-β super family members that transduce signals through Smads in the downstream will be explored in the ischemic brain injury, as well as their member receptors , Smad4, Smad7 and SARA. Through the research on the network of TGF-β super family, this study will provide new insight and targets for therapeutic strategy of ischemic brain injury.

TGF-β超家族是一组具有类似结构功能及信号转导机制的蛋白。国内外研究及本项目前期工作中已发现超家族中一些成员的信号转导参与脑缺血损伤与修复过程。但目前研究多局限于某条单项通路，而TGF-β超家族在细胞内信号传递存在共同的Smads介导。因此，难以评价针对家族中某一特定通路的研究结果是该通路特异性的还是多重通路作用的整合。本项目拟在体外缺血性脑损伤模型中，将线性的信号通路研究初步扩展到蛋白家族构成的局域信号网络，在共通的可能交叉（cross-talk）点给予功能性干预，对通路中其他位点的变化及其对脑缺血损伤的影响进行检测，明确TGF-β超家族中由Smads 介导的信号转导通路以相应的膜受体、Smad4、Smad7、SARA等节点构成的信号网络在缺血性脑损伤中的信号转导机制及作用，为信号通路网络研究提供新思路，为缺血性脑损伤防治提供新靶点。

缺血性脑血管病是危害人类健康的重大疾病。在其伴发的缺血性脑损伤中，神经细胞会发生一系列复杂的信号转导通路变化并发挥相应生物学功能，转化生长因子β（transforming growth factor beta ,TGF-β）是一组具有类似结构功能及信号转导机制的蛋白。国内外研究及本项目前期工作中已发现超家族中一些成员可参与脑缺血损伤与修复过程。这一家族除TGF-β外，还包括激活素A（ActA）、骨形成蛋白（BMP）、Nodal等。阐明其在缺血性脑损伤中的信号转导机制及作用，将为信号通路网络研究提供新思路，为缺血性脑损伤防治提供新靶点。本项目应用神经元样PC12细胞的氧糖剥夺（OGD）模型在体外模拟缺血性脑损伤过程，以TGF-β超家族中的ActA及Nodal信号通路为靶向，以期阐明其参与缺血性脑损伤与修复的信号转导机制及其之间的插话（Crosstalk）模式，寻找通路中可应用于临床的神经保护物质及可干预的关键作用靶点，为缺血性脑血管病的治疗提供新思路。. 目前项目研究发现：脑缺血损伤可以诱导TGF-β 超家族中的细胞外配体ActA及Nodal基因上调，这两种基因的即时上调在脑缺血损伤中是起保护作用的；此两条通路在脑缺血损伤中存在相互之插话（Crosstalk），主要为其在细胞外配体与膜受体结合水平存在竞争性拮抗，在细胞内水平存在共同的Smad3-Smad4信号转导途径；在此基础上，在对ActA信号通路参与缺血性脑损伤的深入研究中，我们还发现脑缺血损伤可诱导神经元样细胞以靶源性的方式自分泌某些TGF-β 超家族蛋白（如ActA），其被外分泌后，又可与细胞膜上的受体再次结合，从而循环激活通路，形成一个信号级联放大环路。为探讨这种短时程脑保护信号的放大机制，项目组还在计划书内容外进行了一定扩展研究，成功构建了ActA的真核表达载体，并稳定转染神经元样PC12细胞，以模拟脑缺血损伤诱导的即刻ActA基因上调，现已经发现在脑缺血损伤早期，ActA介导的脑保护信号的强度是细胞外ActA浓度依赖的，并且在细胞膜受体功能衰竭之前，该信号即已经衰减到较低水平，提示了可能通过非基因干预的方式人为调控该通路信号强度，从而在缺血性脑损伤早期放大或延长其介导的脑保护作用。. 综上所述，我们顺利完成了本项目预期的研究计划，达到了项目所预设的预期目标。