PLD6通过心磷脂调节亚低温治疗脑卒中缺血再灌注损伤后线粒体动态变化及功能的机制研究

Ischemic stroke is a major burden for human worldwide. There are limited therapies in acute stage apart from the venous thrombolysis and mechanical embolectomy. However, both these two approaches benefit limited patients due to strict time windows. Mild hypothermia is proved to have potent neuroprotective effect, with the potential to extend ischemic tolerance time for suceptible brain tissue. In our previous studies, PLD6 (phospholipase D family member 6) was found decreasing its expression after a human in vitro stroke model. Mitochondrial dysfunction is known to be a critical mechanism in the ischemic cascade after stroke. However, whether and how PLD6 is involved in regulating mitochondrial dynamics and morphology is not clear. Therefore, our project will use a combined treatment of PLD6 agonist and mild hypothermia in MCAO rat model as well as an in vitro OGD model intervened by knockdown or overexpression of PLD6 gene. We aim to explore :1) Whether mild hypothermia could extend ischemic tolerance time by regulating mitochondrial dynamics; 2) Whether PLD6 and cardiolipin are involved in regulating mitochondrial dynamics after ischemic injury; 3) Whether mitochondrial dynamics are regulated through CL/Mfn2-Opa1 pathway, and result in a shift balance towards mitochondrial fusion and restored function of mitochondrial respiratory complex.

缺血性脑卒中严重危害人类健康，目前有效的治疗方法仅限于静脉溶栓和动脉取栓，但均存在严格的治疗时间窗限制。亚低温具有明确的神经保护作用，可延长脑组织缺血耐受时间，我们前期研究发现体外低体温的保护作用可能与PLD6基因（线粒体磷脂酶）下调相关。线粒体功能异常是脑缺血后细胞损伤主要机制之一，然而PLD6在脑缺血后线粒体形态及功能调控中相关的分子机制目前尚不清楚。本课题将于大鼠脑缺血模型中给予PLD6激动剂联合亚低温治疗，并通过体外缺糖、缺氧模型敲除或过表达PLD6基因的方法，拟探索：1）亚低温是否通过调节线粒体动态变化延长脑缺血耐受时间；2）PLD6及心磷脂（CL）是否参与调控线粒体动态变化；3）PLD6介导的线粒体动态变化是否通过CL/Mfn2-Opa1途径，增加线粒体聚合，改善线粒体呼吸链功能。本课题研究将阐述亚低温保护治疗的相关新机制，并有望提供延长脑组织缺血耐受时间的新思路。

缺血性脑卒中严重危害人类健康，目前有效的治疗方法仅限于静脉溶栓和动脉取栓，但均存在严格的治疗时间窗限制。亚低温具有明确的神经保护作用，可延长脑组织缺血耐受时间，我们前期研究发现体外亚低温对人胚胎干细胞来源的成熟神经元有保护作用，作为脑缺血后细胞损伤的主要机制之一，线粒体形态改变及功能如何受亚低温调控，相关的分子机制尚不清楚。为进一步探索亚低温通过何种机制调节线粒体形态并且影响细胞存活，我们通过：（1）体外OGD-R损伤模型后的亚低温保护机制进行RNA测序结果发现：因严重损伤导致更多细胞死亡，因而与严重OGD损伤相比，轻度OGD损伤时发生更多的基因改变，这也提示我们在体外细胞模型中也存在干预时间窗的概念。并且在轻度损伤条件下，仅细胞外基质发生显著改变，在亚低温发生显著保护作用的严重OGD损伤组中，DNASE1L1, PLD6可能起到关键作用。(2) 进一步探讨亚低温是否通过调节线粒体动态变化,增加线粒体聚合，改善线粒体呼吸链功能，采用慢病毒转染调控蛋白表达、特定信号通路的抑制剂/激动剂等方法确定候选蛋白的功能及亚低温作用的关键靶点。本课题研究将阐述亚低温保护治疗的相关新机制，并有望提供延长脑组织缺血耐受时间的新思路。