GLP-1受体与IGF-1受体Crosstalk介导对脑缺血再灌注长时程保护作用

Prevention of ischemic stroke by preconditioning of drugs is critical for high risk group. glucagon-like peptide-1 receptor (GLP-1R) is a G Protein-Coupled receptor wildly expressed in central nervous system, our previous study showed that activation of GLP-1R conferred long-lasting neuroprotective effect against cerebral ischemia, withdrawed of exendin-4 (Ex-4) for 6 days can still reduce the infarct volume caused by middle cerebral artery occlusion (MCAO), so far the mechanism is almost entirely unclear. Insulin-like growth factor-1 (IGF-1) played a important role in the recovery of stroke, previous results showed that IGF-1 was stimulated after cerebral ischemia, Ex-4 upregulated the IGF-1R, thus in this project we proposed hypothesis that Ex-4 causes a long-term upregulation of IGF-1R, mediated long-lasting neuroprotective effect by magnifying the IGF-1-PI3K-AKT-mTOR-HIF-1 pathway. In our research, we plan to investigate the important function of IGF-1R in the long-lasting neuroprotective effect of GLP-1R. The aim of this study is to reveal the novel mechanism of lasting neuroprotective effect of GLP-1R to explore new target for drug-induced cerebral ischemic tolerance and provide new strategies for prevention and treatment of ischemic brain injury.

通过神经保护药物预防高危人群脑缺血发生至关重要。胰高血糖素样肽-1(GLP-1)受体是广泛分布于中枢神经系统的G蛋白偶联受体，我们前期研究首次发现激动GLP-1受体能够产生长时程神经保护作用，在其激动剂exendin-4 (Ex-4)停药6天进行脑缺血再灌注后仍然能够明显减少损伤后梗死体积，然而其作用机制目前尚不清楚。IGF-1在脑缺血损伤修复中起重要作用，我们前期研究表明缺血再灌注损伤后IGF-1表达增多，Ex-4能够上调IGF-1受体，据此我们提出假说，Ex-4停药后可能通过长时程上调IGF-1受体，加强IGF-1-PI3K-AKT信号通路介导对脑缺血再灌注损伤长时程保护作用。本项目拟在整体水平证实IGF-1及其受体在GLP-1受体介导的长时程保护作用中的重要功能，阐明GLP-1受体介导长时程保护作用产生的分子机制。为药物诱导脑缺血耐受发现新靶标，为缺血性脑损伤提供新的预防和治疗策略。

脑缺血再灌注损伤（CIRI）是严重危害人类生命健康的棘手问题。胰高血糖素样肽-1（GLP-1）受体是一类G蛋白偶联受体。GLP-1受体激动剂已经在临床用于糖尿病的治疗，并且对于CIRI也有保护作用。前期研究发现给予小鼠注射GLP-1受体激动剂Ex-4后，其脑保护作用在停药数天后依然可维持数天，我们将该效应定义为“记忆效应”。然而其作用规律和分子机理完全不清楚。本课题应用立体定位注射腺病毒沉默特定基因、构建大脑中动脉栓塞（MCAO/R）动物模型以及氧糖剥夺损伤（OGD/R）细胞模型、TTC染色、行为学实验、免疫荧光染色、RT-PCR、Western Blot和TUNEL等实验方法，从分子、细胞和整体多个水平探讨其作用规律和分子机制。研究发现（1）Ex-4停药6天后仍然能够减轻MCAO/R损伤后的行为缺陷和梗死体积，并且该效应具有剂量依赖性；（2）Ex-4不影响胰岛素分泌和血糖水平，沉默表达脑内GLP-1受体后，阻断了Ex-4的“记忆效应”，表明Ex-4介导的对MCAO/R的“记忆效应”通过脑内GLP-1受体介导，而不依赖于其刺激胰岛素分泌和降血糖作用；（3）Ex-4停药后仍然能够激活GLP-1受体下游的PI3K-AKT信号通路及其下游的mTOR和HIF-1α，而对于cAMP-PKA信号通路及其下游的CREB水平无影响；（4）沉默脑内HIF-1α后，Ex-4对MCAO/R保护作用的“记忆效应”被阻断，表明PI3K-AKT-mTOR-HIF-1α信号通路介导了Ex-4的“记忆效应”；（5）Ex-4上调了脑内IGF-1受体水平，该效应在其停药6天后依然存在。MCAO/R损伤后脑内IGF-1水平增加。Ex-4在停药6天后行MCAO/R损伤，仍显著升高p-IGF-1受体水平，并且升高PI3K、AKT、mTOR、HIF-1α水平，该效应在阻断IGF-1受体后被抵消。JB-1抑制脑内IGF-1受体后，阻断了Ex-4介导的记忆效应。以上实验结果表明Ex-4停药后可能通过长时程上调IGF-1受体，与MCAO/R损伤后产生的IGF-1结合，加强IGF-1-PI3K-AKT信号通路介导对MCAO/R损伤的“记忆效应”。 本项目研究发现GLP-1受体激动剂Ex-4通过IGF-1受体介导对CIRI“记忆效应”，进一步阐明了Ex-4对CIRI治疗的新机制。为缺血性脑损伤提供新的预防和治疗策略。