丰富环境通过NMDAR-Ca2+-Activin A环路改善慢性脑缺血认知障碍的机制研究

Chronic cerebral ischemia is an important factor in the occurrence and development of vascular cognitive impairment (VCI). Nerve cell apoptosis and changes in synaptic activity after ischemia are the key to triggering VCI. The upregulated Ca2+ levels in neurons caused by synaptic stimulation via NMDAR, initiated the expression of active-regulated inhibitor of death (AID), which produced the active-dependent neuroprotection. Regulation of synaptic plasticity can imporve cognitive and learning ability. Activin A (ActA), an exocrine protein of AID,could promote phosphorylation of NMDAR and participate the regulation of synaptic plasticity. In the early stage of the project, exogenous ActA was found to improve the cognitive function of rats with chronic cerebral ischemia and elevated the level of Ca2+ in oxygen glucose deprivation cells. The increased expression of ActA gene induced by chronic cerebral ischemia was enhanced under the intervention of enriched environment. All these results suggested that the signal of NMDAR-Ca2+-ActA has a loop action mode. Enriched environment could improve cognitive impairment in chronic cerebral ischemia through this signal loop. In order to verify the hypothesis, this project will focuse on the loop behavior of NMDAR-Ca2+-ActA signaling, and explore its regulation on synaptic activity and plasticity under the enriched environment in vivo and in vitro. Through this project, the effect of enriched environment on VCI will be clarified, which will provide new insight into the treatment of VCI.

慢性脑缺血是血管性认知障碍（VCI）发生、发展的重要因素。缺血后神经细胞凋亡及突触活动改变是引发VCI的关键。突触刺激经NMDAR上调神经元内Ca2+水平，通过启动活性调节性死亡抑制因子（AID）表达产生活性依赖性神经保护，通过突触可塑性调控，改善认知和学习能力。激活素A（ActA），是AID的一种外分泌蛋白，能促进NMDAR磷酸化，参与突触可塑性调控。项目前期发现:外源性ActA可改善慢性脑缺血大鼠认知功能、提高氧糖剥夺细胞内Ca2+水平；丰富环境干预可增加慢性脑缺血损伤诱导的ActA基因高表达，提示：NMDAR-Ca2+-ActA信号具有环路作用模式；丰富环境经该信号改善慢性脑缺血认知障碍。为验证假设，本项目拟通过体内外实验围绕NMDAR-Ca2+-ActA信号的环路机制展开，探讨其在丰富环境干预下对突触活动及可塑性的调控，明确丰富环境对VCI的改善作用，为VCI的康复提供干预手段。

慢性脑缺血是血管性认知障碍（VCI）发生、发展的重要因素。缺血后神经细胞凋亡及突触活动改变是引发VCI的关键。突触刺激经NMDAR上调神经元内Ca2+水平，通过启动活性调节性死亡抑制因子（AID）表达产生活性依赖性神经保护，通过突触可塑性调控改善认知和学习能力。激活素A（ActA），是AID的一种外分泌蛋白，能促进NMDAR磷酸化，参与突触可塑性调控。丰富环境干预可增加慢性脑缺血损伤诱导的ActA基因高表达，提示：NMDAR-Ca2+-ActA信号具有环路作用模式；丰富环境经该信号改善慢性脑缺血认知障碍。为验证假设，我们主要进行了以下主要工作：1）丰富环境改善血管性认知功能障碍损伤；2）丰富环境通过诱导Act A改善VCI大鼠的认知功能；3）丰富环境通过NMDAR-Wnt信号转导与Act A的正反馈环路改善VCI损害；4）NMDAR敲除和缺氧/复氧（H/R）损伤对神经元蛋白质组和转录组的影响。. 研究发现：1）丰富环境可以改善VCI大鼠认知功能及脑损伤，通过调控Bcl-2、Bax等凋亡相关蛋白的表达水平，减少神经元凋亡；2）丰富环境诱导通过激活Act A的表达，调节VCI大鼠Ca2+内流、促进NMDAR部分亚基的表达、提高突触可塑性及促进VCI大鼠Wnt/β-catenin信号通路的表达；3）丰富环境通过NMDAR-Wnt信号转导与Act A的正反馈环路改善VCI损害及认知功能障碍；4）敲低NMDAR后，神经元对(H/R)损伤的抵抗力及Ca2+转运能力降低，并且影响蛋白质组和转录组的表达。. 上述研究证实了丰富环境通过NMDAR-Ca2+-ActA信号的环路改善血管性认知功能障碍：Act A与NMDAR-Wnt通路存在正反馈环路，NMDAR敲除和缺氧/复氧损伤影响神经元蛋白质组和转录组的表达。本研究加深了丰富环境改善血管性认知障碍的认识，为丰富环境作为康复手段在VCI的治疗应用提供了重要的理论依据，围绕NMDAR的多靶点干预，实现对突触可塑性的调控，可能成为延缓或逆转认知功能障碍发生发展的一个潜在途径，为临床药物的开发提供潜在干预位点，因而具有重要临床价值、经济效益和社会效益。