高压氧通过p38 MAPK和MEK1/2诱导和负调控HSP32表达的机制

Decompression sickness (DCS) is a pivotal medical concern in diving and hyperbaric operations that depends mainly on prevention, which is desperately needed. We found that hyperbaric oxygen (HBO) pretreatment counteracted spinal injury in DCS rats by HSP32 induction in neurons through ROS/p38 MAPK/Nrf2 pathway, synchronized by ROS/MEK1/2/Bach1 mediated negative regulation. We hypothesize that ROS generated first within mitochondria under HBO activate TRX/ASK1 pathway and further lead to HSP32 expression. Continue exposure lead to the activation of NOX, ROS generated around membrane and in cytoplasm activate PKC/Ras/Raf pathway and induce inhibition on HSP32 expression. Overexpression of HSP32 will harm neurons, and the negative regulation is a dual-protection to keep neurons from HSP32 overexpression following the induction of the protein. In this project, the precise generation of intracellular ROS and the relationship with activation of the induction/inhibition pathways and further with the expression of HSP32 will be investigated in rat spinal neurons; the effects and mechanism of HSP32 overexpression on neurons will be observed in vitro and in vivo, and the mechanism and physiological significance of HSP32 expression regulated by HBO will be fully explored. The resutls will provide necessary theoretical basis for the application of HBO pretreatment in subaquatic practice.

减压病（DCS）是潜水和高气压活动中的核心医学问题，重在预防，但缺乏有效手段。我们前期研究发现，高压氧（HBO）通过ROS/p38 MAPK/Nrf2诱导HSP32表达，对抗大鼠DCS脊髓损伤；同时又通过ROS/MEK1/2/Bach1对表达负调控。我们推测：HBO下神经元线粒体ROS率先增高，激活TRX/ASK1通路启动对HSP32的诱导；继续暴露则NOX被激活使胞膜和胞浆ROS增多，活化PKC/Ras/Raf通路抑制表达；过度表达HSP32会损害神经元功能，HBO的负调控是在诱导神经元表达保护蛋白后避免过度表达的第二重保护。本项目拟以大鼠离体脊髓神经元和整体动物为对象，研究HBO下细胞ROS生成规律及其与正、负调控途径激活和HSP32表达的关系和HSP32过表达的影响，探索HBO调控HSP32表达的机制及生理意义，为HBO预处理在水下特种作业中的应用奠定理论基础。

背景：减压病（DCS）是潜水和高气压活动中的核心医学问题，重在预防，但缺乏有效手段。我们前期研究发现，高压氧（HBO）通过ROS激活p38 MAPK/Nrf2和MEK1/2/Bach1分别从正负两方面调控热休克蛋白（HSP）32表达，对抗大鼠DCS脊髓损伤。本项目进一步研究HBO下细胞ROS生成规律及其与正、负调控途径激活和HSP32表达的关系以及HSP32过表达的影响，探索HBO调控HSP32表达的机制及生理意义，为HBO预处理在水下特种作业中的应用奠定理论基础。.主要研究内容：(1) HBO暴露中大鼠离体脊髓神经元ROS主要来自线粒体呼吸链复合体，随着HBO暴露的压强以及时程增加，脊髓神经元中ROS也随之增长，增长速度先快后慢，当暴露压强超过235 kPa或时程超过60 min后ROS增长不再明显。在离体细胞中，利用荧光探针、特异性抑制剂以及HBO暴露建立并验证了一种离体细胞活性氧来源估算方法，可以推广到各类离体细胞研究，以判断ROS来源。(2) HBO通过提高大鼠脊髓神经元中线粒体ROS，激活TAK1并通过MEK通路抑制HSP32表达，但同时MEKK4也被激活与TAK1共同通过p38通路上调HSP32表达。HSP32正负调控在HBO暴露过程中被同步激活，而TAK1是参与正负调控的共同位点。(3) HBO预处理通过促进大鼠脊髓神经元HSP32适度表达可以提高神经元对抗氧化、炎症损伤以及抗凋亡的能力；而抑制负调控后，过度表达的HSP32可以抵消这种保护作用，该不利效应主要由HSP32下游产物游离铁介导。HBO对HSP32的负调控通过抑制其过度表达，从而避免不利效应的产生，是其关键生理意义。(4) HSP32负调控抑制剂U0126联合常压氧预处理，可诱导大鼠脊髓HSP32上调，有效降低大鼠DCS的发病率，减轻DCS脊髓损伤。该方法不需加压即可实施，在不具备加压处理条件的场景中，有潜在的应用价值。.结论：HBO暴露通过线粒体呼吸链途径增加脊髓神经元ROS生成，激活MEKK4/TAK1/p38上调HSP32表达，对抗DCS脊髓损伤， TAK1/MEK1/2负调控通路的激活是防止HSP32表达过度，避免其过度表达带来损害。本研究细化了HBO调控HSP32表达的具体机制，明确了HSP32表达负调控的生理意义，为深入理解HBO预处理的作用机制，探索DCS预防手段提供重要依据。