UBIAD1介导的多细胞器交互作用在脑缺血再灌注损伤中的作用及机制

During cerebral ischemia/reperfusion injury, the cross-talk among the Golgi apparatus, mitochondria and endoplasmic reticulum at subcellular level, through morphologic or functional protein activity changes, regulates oxidative stress, ion balance, energy metabolism and apoptosis. Therefore, it is very important for the treatment of stroke to find some neuroprotective agents, which contribute to the intervention of structural and functional changes and the negative effects through subcellular organelle interaction. Previous researches have found that UbiA prenyltransferase domain containing 1 (UBIAD1), locating on multiple cellular organs, played a critical role in the regulation of oxidative stress, cholesterol and lipid metabolism, apoptosis and cell proliferation. Meanwhile, UBIAD1 has the power to induce the apoptosis of tumor cells, prevent neurodegenerative diseases and protect the cardiovascular system. In addition to those functions, UBIAD1 is strongly expressed in the brain, indicating that it may be a potential neuroprotective agent in cerebral ischemia-reperfusion injury. Therefore, based on previous findings, we will investigate the expression and localization of UBIAD1 upon cerebral ischemia-reperfusion injury both in vitro and in vivo experiment. We will also define the functional significance of UBIAD1 and its product in neuroprotection on cerebral ischemia-reperfusion injury. Finally, we will study the potential benefits of UBIAD1 and its products on the Golgi apparatus, mitochondria and endoplasmic reticulum through multiple pathways. Thus, these findings will provide experimental and therapeutic options for the treatment of cerebral ischemia-reperfusion injury.

脑缺血/再灌注损伤时，高尔基体、线粒体和内质网在亚细胞器水平相互作用，通过改变形态或功能蛋白活性，共同参与氧化应激、离子平衡、能量代谢和凋亡的调节。故寻找干预各细胞器结构和功能改变的神经保护剂，阻断亚细胞器间相互作用的负面效应在脑缺血再灌注的治疗中有重要意义。前期研究发现，异戊烯转移酶结构域1(UBIAD1)定位于多细胞器上，能调控增殖与凋亡、氧化应激和胆固醇与脂质代谢。同时发现，UBIAD1具有诱导肿瘤细胞凋亡，防止神经变性疾病和保护心血管系统的作用，且在脑组织中表达水平较高，可能是潜在的脑缺血神经保护剂。因此，在本研究中，我们将在前期研究的基础上，通过体内外实验，系统研究UBIAD1表达及定位与脑缺血再灌注损伤的相关性，UBIAD1在脑缺血再灌注损伤中的神经保护作用及与产物的关系，UBIAD1及其产物通过多条通路介导对高尔基体、线粒体和内质网的保护作用，为其早日应用于临床治疗奠定基础。

本课题模拟脑缺血再灌注的损伤路径，经由动物、细胞双重模型深入研究脑缺血时UBIAD1 的表达特点和亚细胞定位， 探讨UBIAD1 及产物在神经保护作用中的意义，并研究其介导的高尔基体、线粒体、内质网的交互作用及可能的保护机制。研究发现氧糖剥夺再灌注和缺血再灌注后UBIAD1 的蛋白表达及mRNA 表达均出现明显下降，且UBIAD1的表达与再灌注损伤时程具有相关性，随着再灌注时间的延长，UBIAD1表达降低更加明显。同时，通过免疫荧光共聚焦我们发现在N2A细胞中UBIAD1定位于多个亚细胞器包括线粒体，内质网和高尔基体。我们也证实了UBIAD1对氧糖剥夺再灌注后N2a细胞具有保护作用，研究发现过表达UBIAD1能显著抑制氧糖剥夺再灌注损伤所诱导的细胞活力的衰减、乳酸脱氢酶的活性及细胞的凋亡率升高。而UBIAD1的神经保护作用是通过多细胞器介导：UBIAD1过表达可明显减轻经氧糖剥夺再灌注损伤所诱导的线粒体碎裂现象，改善线粒体功能障碍，调节线粒体相关凋亡蛋白的表达水平；UBIAD1过表达可明显减轻经氧糖剥夺再灌注损伤所诱导的内质网形态结构的碎裂，抑制内质网应激蛋白GRP78的表达上调；UBIAD1过表达细胞组中明显减轻经氧糖剥夺再灌注损伤所诱导的高尔基体形态结构的碎裂，抑制高尔基体应激相关蛋白GOLPH3的表达上调。另外，我们还研究了UBIAD1介导神经保护作用的相关通路，研究发现使用PI3K/AKT信号通路抑制剂（LY294002）后， UBIAD1的保护作用被阻断，细胞活力衰减，乳酸脱氢酶的活性及细胞的凋亡率升高。这揭示了UBIAD1在OGD/R后通过上调PI3K/AKT信号通路发挥保护作用。本课题研究共发表SCI论文7篇，总影响因子超过28.7，共培养硕博士研究生13人，取得了丰硕成果。项目预算安排符合规定，完成了各项计划和任务，圆满结题。