項目名稱：    腦缺血性疾病中星形膠質細胞保護機制的研究

推薦單位：    中華醫學會

項目簡介：    本項目屬病理生理學研究領域。我們運用最接近在體狀態的離體細胞模型，系統研究缺氧缺血條件下神經系統中星形膠質細胞的行為功能，探索其內源性保護機制。研究成果將為中風等腦缺血疾病的治療提供新靶點。

星形膠質細胞是神經系統中的重要組份，但長期以來卻一直被忽視。我們率先對星形膠質細胞的能量代謝及其在腦損傷中的功能進行了大量開創性研究，確立其在神經系統中的重要地位。我們早在八十年代就發現了星形膠質細胞中谷氨酸代謝的重要性，更正了早期關于谷氨酸在腦中代謝途徑的研究結論；其后對星形膠質細胞在缺氧條件下的代謝和功能進行了系統研究，對該領域的研究產生了深遠影響。我們首創的缺氧缺血模型在國際上被廣泛采用，為腦缺血疾病的研究奠定了方法學基礎。

在此基礎上，本項目對缺氧缺血后星形膠質細胞的形態、代謝、功能、基因蛋白表達和保護機制進行了深入研究。在以下幾方面取得了突破性進展：

（1）發現缺氧缺血后星形膠質細胞死亡的主要形式是凋亡。

（2）率先系統研究了缺氧缺血后星形膠質細胞中細胞因子等多種基因蛋白表達，明確了其時程變化。發現缺氧缺血損傷引起的PI3-K/Akt和ERK信號轉導通路激活。

（3）首次發現了內源性神經保護蛋白14-3-3γ和腦紅蛋白在星形膠質細胞中的表達。并發現缺氧缺血狀態下這兩種蛋白的表達上調。

（4）首次發現14-3-3γ在星形膠質細胞缺氧缺血狀態下起重要保護作用，并闡明了其作用機制。

治療腦缺血疾病，歷來多針對神經元的保護和修復，其療效卻不很理想。本研究著眼于另一類重要的神經細胞-星形膠質細胞，從深層次解釋了其缺血后凋亡的根本原因，闡明了腦缺血狀態下的自我保護機制，為腦缺血等疾病提供了神經元以外的新的治療靶點，為神經保護藥物的開發提供了理論依據。

本項目的相關研究已發表論文88篇，影響因子累計217.848，文章被引用總次數高達2346次，他引2227次；推動了此領域的研究，提升了我國的神經科學研究在該領域的國際影響力。

主要發現點：  星形膠質細胞是神經系統的重要組成部分。本項目著重研究星形膠質細胞在缺血損傷時的保護機制。在此我們用我們首創并廣泛應用的缺氧缺血模型，在體外模擬腦缺血，系統研究了該損傷下星形膠質細胞的形態、代謝、功能、基因蛋白表達和保護機制，獲得以下重要發現：

1)我們系統研究了缺氧缺血損傷在星形膠質細胞中引起的一系列分子水平反應及其導致的細胞死亡，在國際上首次發現并確認凋亡是該狀態下的主要死亡形式，明確了損傷后細胞因子等多種蛋白表達的時程變化，并發現在缺血損傷時，星形膠質細胞內的兩條信號傳導通路—PI3-K/Akt和 MAPK/Erk被激活，理清了其信號轉導機制。此發現屬病理生理學領域，相關文章見附件主要論文[1][2][3][5][7]。 此前普遍認為，缺血損傷時星形膠質細胞的死亡形式是壞死，對其凋亡的描述鮮有報道。本研究首次從細胞形態，生化指標和分子生物學方面發現絕大多數星形膠質細胞在缺血損傷時發生了凋亡，并解釋了此前其他小組偶爾觀察到的在體中樞神經缺血時，有一些星形膠質細胞也表現類似凋亡的現象。此研究首次闡明了星形膠質細胞缺血死亡中的能量變化。上述發現已被普遍接受，引用29次。我們又進一步理清了缺血導致凋亡的機制，發現在此損傷下PI3-K/Akt和 MAPK/Erk兩條信號通路的激活和細胞凋亡密切相關。而此前對腦缺血狀態下神經細胞中這些信號轉導通路的功能還不明了，更沒在星形膠質細胞中研究。此成果屬神經科學的重要發現，引用32次。

2)首次發現神經元特異性蛋白14-3-3γ、腦紅蛋白在星形膠質細胞中也有表達，且14-3-3γ在星形膠質細胞缺血狀態下起重要內源性保護作用，徹底闡明了星形膠質細胞的內源性保護機制，更為治療臨床腦缺血性疾病提供新靶點。此發現屬病理生理學領域，相關文章見附件主要論文[4][6][8][9][10]，引用15次。

14-3-3γ是多種信號轉導通路中的調控蛋白，曾認為它只在神經元有表達，而我們體外研究發現，14-3-3γ在星形膠質細胞中也有特異性表達，并在缺氧缺血損傷后表達會上調，且這種上調在缺血損傷的星形膠質細胞中起抗凋亡作用，還闡明了其抗凋亡作用是通過結合磷酸化Bad阻止后者進入線粒體啟動凋亡實現的。此結果不但明確了14-3-3γ是星形膠質細胞中一種重要內源性保護蛋白，對其保護機制的闡明更為以后的臨床應用提供了理論依據。我們又發現在星形膠質細胞中存在另一種內源性保護蛋白――腦紅蛋白。對這種2001年新發現的氧運輸蛋白的研究主要集中在神經元，是否在膠質細胞中表達一直不清楚。我們不但發現了它存在于星形膠質細胞中，且在缺氧缺血情況下對細胞有重要的抗凋亡保護作用，還為腦中新的氧運輸方式的發現提供了實驗依據。

上述發現不但是神經科學研究的重要組成部分，更為腦缺血疾病的有效治療提供了新視角，提示臨床上可通過外源性保護蛋白來延緩細胞死亡的可能性。

主要完成人：  1.   于常海

1. 完成項目選題、課題總體設計、實驗安排，評價實驗進展，提出策略性建議，撰寫科學論文。對主要發現點1、2均有重要貢獻，占工作量的80%，發表論文見主要論文[1][2][3][4][6][5][7][8][9][10]。

2. 創新性地建立了體外培養細胞的缺氧缺糖模型模擬在體腦缺氧缺血。

3. 完成了缺氧缺血損傷在星形膠質細胞中引起的一系列分子水平反應及其導致的細胞死亡形式的研究，尤其是在國際上首次證實了凋亡是該狀態下星型膠質細胞的主要死亡方式。

4. 完成了缺氧缺血狀態下14-3-3γ、腦紅蛋白在星型膠質細胞中的重要保護作用及機制的研究。

2.   陳曉釬

1. 完成了對星形膠質細胞內的兩條重要信號轉導通路在缺血缺氧狀態下引起凋亡的信號轉導機制的研究。

2. 完成了14-3-3γ、腦紅蛋白的功能以及他們在缺氧缺血時對星形膠質細胞起保護作用的機制研究。

以上研究占工作量的70%，對主要發現點1、2均有重要貢獻，發表論文見主要論文[3][7][4][6][8][9][10]。

3.   劉樂庭

1. 完成了星形膠質細胞在缺氧缺血損傷下死亡形式的研究，明確了由損傷引起的細胞因子等蛋白表達的時程變化。

2. 完成了腦紅蛋白的功能研究。

以上研究占工作量的60%，對主要發現點1、2均有重要貢獻，發表論文見主要論文[1][2][5]。

4.   陳建國

1．完成了星形膠質細胞在缺氧缺血狀態下，14-3-3γ保護功能的研究。對主要發現點2做出重要貢獻，占工作量40%，發表論文見主要論文[6]。

10篇代表性論文：  1.   Expression of interleukin-1 alpha, tumor necrosis factor alpha and interleukin-6 genes in astrocytes under ischemic injury. / Neurochem Int

2.   Ischemia-induced apoptosis in primary culture of astrocytes. / Glia

3.   Activation of Erk1/2 and Akt in astrocytes under ischemia./ Biochem Biophys Res Comm

4.   The association of 14-3-3γ and actin plays a role in cell division and apoptosis in astrocytes./ Biochem Biophys Res Comm

5.   Changes of ATP and ADP in cultured astrocytes under and after In vitro Ischemia./ Neurochem Res

6.   14-3-3gamma is upregulated by in vitro ischemia and binds to protein kinase Raf in primary cultures of astrocytes. / Glia

7.   Apoptosis and activation of Erk1/2 and Akt in astrocytes post-ischemia. / Neurochem Res

8.   Association of 14-3-3gamma and phosphorylated bad attenuates injury in ischemic astrocytes./ J Cereb Blood Flow Metab

9.   The presence of neuroglobin in cultured astrocytes. Glia 50:182-186. / Glia

10.  Inactivation of bad by site-specific phosphorylation: the checkpoint for ischemic astrocytes to initiate or resist apoptosis./ J Neurosci Res