脑亚低温对脑缺血再灌注损伤后线粒体稳态的影响

The maintenance of mitochondrial homeostasis plays a vital role in protecting the structural and functional integrity of the nerve cells .It is of key importance to improve the patients' cerebral function as well as prognosis of long-term survival following cerebral ischemia-reperfusion injury. Brain-selective mild hypothermia has demonstrated the only effective therapy to protect the brain and it has been used in wide range of field. The potential mechanisms of brain-selective mild hypothermia on mitochondrial homeostasis following cerebral ischemia-reperfusion injury are still unclear. Our recent study has shown that over-production of reactive oxygen species can promote regeneration of neuronal mitochondria, while hypothermia can also ameliorate energy metabolism and decrease generation of reactive oxygen species in the nerve cells. Therefore, we investigate the effects of mild hypothermia on neural cells' mitochondrial homeostasis ， outcome of nerve cells and neuroethology using the model of focal cerebral ischemia rat model. Furthermore, we clarify whether mild cerebral hypothermia can regulate mitochondrial homeostasis via AMPK and p38 MAPK signaling pathway. It will provide the important evidence for clinical neuroprotective therapy.

线粒体稳态的维持对保持神经细胞结构和功能的完整性至关重要，进而对改善脑缺血再灌注损伤患者神经功能及远期预后起着关键作用。脑亚低温作为临床唯一被证实有效的神经保护措施，具有广泛的应用前景，但其对脑缺血再灌注后神经细胞线粒体稳态的影响及机制尚未见报道。我们近期研究发现，降低脑缺血再灌注后活性氧类的过度产生可促进神经细胞线粒体"新生"，而低温可改善神经细胞能量代谢、减轻氧化应激反应。因此，本研究通过建立的大鼠局灶脑缺血再灌注损伤模型，在体内研究脑亚低温对神经细胞线粒体稳态（数量、形态、结构），神经细胞的结局和神经行为学的影响，并进一步在体外实验阐明脑亚低温是否通过 AMPK 和 p38MAPK 信号通路调控神经细胞线粒体稳态。深入探讨脑亚低温对脑缺血再灌注损伤的作用及关键机制，从而为临床脑保护方案的制定提供重要的理论依据和实践基础。

围术期脑缺血再灌注损伤一直困扰着临床医师，如何防治脑缺血再灌注损伤直接影响患者的转归。脑缺血再灌注可引发一系列级联性损伤，而线粒体损伤是启动级联损伤的关键。本研究以粒体为治疗靶点，探讨围术期脑缺血再灌注损伤治疗的新途径。主要研究内容包括：（1）观察脑缺血再灌注对线粒体稳态（数量、形态、结构）的影响。（2）建立脑缺血再灌注模型，离体观察脑亚低温、静脉麻醉药丙泊酚对线粒体结构、功能和生物合成的影响，并阐明脑亚低温、丙泊酚抑制线粒体功能障碍的分子生物学机制。（3）在体观察，脑亚低温、丙泊酚对缺血再灌注后大鼠脑皮质半影区氧化应激水平、脑损伤及神经行为学的影响。（4）深入探讨线粒体治疗为靶点的脑保护策略对脑缺血再灌注后大鼠神经功能恢复的影响，从而为临床脑保护方案的制定提供重要的理论依据和实践基础。.本项目围绕脑缺血再灌注损伤与线粒体的关系这个重要的科学问题进行了系统深入的研究，发表了6篇 SCI 论文（IF>5.0，1篇），发明专利1项。主要创新包括：（1）首次证明，线粒体靶向治疗可降低神经细胞ROS的产生，促进线粒体的生物合成，维护线粒体稳态，从而发挥脑保护作用。（2）首次证实，静脉麻醉药丙泊酚可以抑制线粒体途径凋亡因子的释放，减少脑缺血再灌注后神经细胞凋亡。（3）首次证实，静脉麻醉药物丙泊酚通过降低线粒体氧化磷酸化水平，抑制线粒体肿胀，稳定线粒体结构，从而发挥脑保护作用。（4）首次证实，脑缺血再灌注损伤可增加线粒体生成相关因子的表达，促进神经细胞线粒体的生物合成。（5）发明了一种小动物脑、体温度选择性双向调控系统，实现大鼠选择性脑亚低温可在5～30 min内迅速达到32℃～33℃的脑部目标温度。（6）首次证实，缺血再灌注后抑制线粒体裂解可减轻脑缺血再灌注损伤，改善神经行为学功能。