镉激活神经细胞mTOR通路诱导凋亡及雷帕霉素靶向调控抗凋亡分子机理

镉诱导神经细胞凋亡，与神经变性相关疾病如PD、AD等发生有密切关系。采用Western Blot、RNA干扰和流式分析等细胞分子生物学技术，前期工作发现，镉激活mTOR通路诱导神经细胞凋亡；mTOR特异抑制剂雷帕霉素（Rapamycin）通过阻滞4E-BP1和S6K1磷酸化有力地防止了细胞凋亡。本项目拟通过深入探索PTEN、PI3K、AMPK信号变化与镉激活mTOR通路的关系及其作用；分别分析mTOR复合物TORC1和TORC2中关键信号分子Raptor和Rictor以及其介导的下游效应分子4E-BP1、S6K1、Akt在下调或上调后，镉诱导神经细胞凋亡表现，进一步阐明镉激活mTOR通路诱导凋亡的分子机理。然后，研究雷帕霉素通过抑制mTOR抗镉诱导神经细胞凋亡涉及的信号转导通路，明确其在发辉靶向调控中的分子机制及其理论意义和应用价值，为防止镉诱导的神经变性相关疾病提供新思路和理论依据。

镉诱导神经细胞凋亡与神经变性相关疾病如PD、AD等发生有密切关系。本课题组前期工作发现，镉激活mTOR通路诱导神经细胞凋亡；mTOR特异抑制剂雷帕霉素通过阻滞4E-BP1和S6K1磷酸化有力地抗凋亡，但其分子机理有待深入研究。本研究通过离体和在体镉毒性实验模型，综合研究了神经细胞IGF-1R、PI3K、PTEN、AMPK信号变化与镉激活mTOR通路的关系及其作用；Raptor和Rictor以及其介导的下游效应分子如4E-BP1和S6K1在下调或上调后，镉诱导神经细胞凋亡表现；镉诱导钙信号转导或ROS产生激活mTOR通路导致神经细胞凋亡的分子机理。其中每个环节包含了探讨雷帕霉素通过抑制mTOR抗镉诱导神经细胞凋亡涉及的信号转导通路。结果显示：镉激活IGF-1R经PI3K导致mTOR通路激活，镉诱导神经细胞ROS产生增强IGF-1R磷酸化同时抑制PTEN和AMPK活性而导致mTOR通路激活和细胞凋亡，雷帕霉素不仅直接地通过抑制镉激活的神经细胞mTOR通路，而且还间接地通过上调PTEN和AMPK活性发挥抗凋亡作用。研究发现，镉上调神经细胞NOX2及它的调节蛋白p22phox、p67phox、p40phox、p47phox、Rac1诱导ROS产生，导致激活mTOR信号转导致细胞凋亡，雷帕霉素可以通过调控NOX2及其调节蛋白p22phox、p67phox、p40phox、p47phox、Rac1抑制ROS发生发挥抗凋亡作用；镉通过升高[Ca2+]i介导CaMKII磷酸化，进而激活mTOR通路诱导了神经细胞凋亡，雷帕霉素可以抑制镉激活的Ca2+-MAPK/mTOR信号级联及caspase-3途径保护神经细抗凋亡。我们注意到，镉诱导ROS产生促成神经细胞凋亡与镉诱导[Ca2+]i和CaM活性升高有关系。研究确认，mTOR复合物中的Raptor和Rictor及其介导的S6K1活性与镉诱导神经细胞凋亡有密切关系。在体实验显示，NAC和雷帕霉素可以通过干预镉诱导的大脑组织神经元ROS产生和mTOR通路激活以及caspase-3途径发挥有力的神经保护效应。我们的结果强烈地提示：PI3K和mTOR抑制剂、AMPK激活剂、抗氧化剂、调控胞内Ca2+水平或CaMKII活性可以为防止镉诱导的神经变性相关疾病开发利用。