mTOR及自噬相關通路在腦衰老過程中的作用.pdf

1、研究目的:
　　衰老是引起認知功能增齡性下降和神經退行性疾病的主要原因。隨人口老齡化問題的日趨嚴重，神經退行性疾病發(fā)病人數逐年增加，嚴重影響著患者及其家庭的生活質量。但神經退行性疾病目前在臨床上仍缺乏有效的治療方法，因此，預防或延緩神經退行性疾病的發(fā)生發(fā)展已成為當務之急，對正常大腦老化機制的研究無論是對于神經退行性疾病的預防還是治療均具有重要意義。
　　自噬在蛋白質質量控制及維持細胞內環(huán)境穩(wěn)態(tài)過程中發(fā)揮重要作用。神經元作為有

2、絲分裂后期細胞不能通過增生實現更新，主要依靠自噬來維持內環(huán)境穩(wěn)定。抑制自噬活性可誘發(fā)包括早老性癡呆(Alzheimer's disease，AD)在內的多種衰老相關神經退行性疾病，但部分研究發(fā)現神經退行性病變組織中存在自噬增強現象，因此，研究機體自然衰老過程中神經細胞自噬活性的增齡性變化規(guī)律揭示神經退行性疾病的發(fā)生機制具重要意義。另外，哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin，mTOR)信號通路

3、對自噬的抑制在自噬調控過程中起主導作用，細胞mTOR信號通路的過度激活進而對自噬的抑制與AD等神經退行性疾病的發(fā)生密切相關。由于衰老是誘發(fā)神經退行性疾病的主要原因之一，因此推測，腦神經細胞mTOR信號通路活性可能隨年齡增長而逐漸升高并伴隨自噬活性的增齡性下降;但另有研究證明，維持mTOR信號通路的活躍對神經元樹突發(fā)生以及突觸間連接和記憶形成是必不可少的。據此，為滿足神經發(fā)育的需要，幼年期神經細胞mTOR信號通路活性應高于老年期，但該假設

4、又與前述假設不符。因此研究腦內神經細胞mTOR信號通路以及自噬活性的增齡性變化規(guī)律對于我們探索大腦衰老機制具有重要價值。
　　限制飲食中熱量供給(caloric restriction，CR)是目前公認的延長壽命、預防衰老相關疾病的有效方法，因此CR干預被作為研究衰老和衰老相關疾病發(fā)病機制的常用手段。抑制mTOR信號通路進而激活自噬被認為在CR延緩衰老過程中發(fā)揮重要作用。近年來亦有研究發(fā)現CR可以有效延緩認知功能增齡性下降，但是其

5、是否是通過抑制細胞mTOR信號通路進而激活自噬而實現未見研究報道。
　　本研究旨在探索海馬神經元細胞mTOR及自噬相關信號通路活性的增齡性變化規(guī)律以及CR對其影響，進而評價mTOR相關性自噬在大腦衰老以及CR延緩大腦衰老過程中的作用機制。
　　研究方法:
　　1.建立1.5月齡、3月齡、12月齡、20月齡CR干預的小鼠模型，并設立同齡自由攝食(ad libitum，AL)組作為對照。
　　2.通過對各年齡段AL和

6、CR組小鼠進行Morris水迷宮(Morris Water Maze，MWM)實驗和曠場實驗(Open Field Test，OFT)評價其認知功能;
　　3.通過對各年齡段AL和CR組小鼠海馬組織蛋白的Western blot和海馬石蠟切片的免疫組織化學染色實驗評價相關信號通路活性;
　　4.采用SPSS13.0統(tǒng)計軟件對研究數據進行統(tǒng)計學分析。
　　研究結果:
　　1.通過OFT和MWM實驗研究發(fā)現，3月齡前

7、CR干預阻礙小鼠認知功能發(fā)育，但3月齡后開始CR干預延緩小鼠認知功能的增齡性下降。
　　2.AL1.5m和AL3m小鼠海馬mTOR及其上游信號通路活性均分別顯著高于AL12m和AL20m組;CR在各年齡段均抑制mTOR及其上游信號通路活性。
　　3.LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比值以及beclin1蛋白表達水平AL1.5m和AL3m組均顯著高于AL12m和AL20m組(p＜0.01)，AL12m組LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比值亦顯著高于AL2

8、0m組(p＜0.05);p62以及蛋白泛素化水平AL1.5m和AL3m組均顯著低于AL12m和AL20m組;CR顯著提高除1.5月齡外其他年齡小鼠海馬LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比值以及顯著提高12和20月齡小鼠海馬beclin1表達水平(p＜0.05)，CR顯著抑制各個年齡段小鼠海馬p62表達水平以及12和20月齡小鼠蛋白泛素化水平(p＜0.05）。
　　4.AL1.5m和AL3m組小鼠SIRT1和FOXO1的表達均顯著高于AL12m和A

9、L20m組(p＜0.01)。CR分別顯著提高了12和20月齡組小鼠SIRT1和FOXO1的表達(p＜0.05)。
　　研究結論:
　　1.CR抑制幼年小鼠海馬mTOR及其上游信號通路活性，同時抑制其認知功能，提示mTOR信號通路對認知功能發(fā)育的重要性;CR雖抑制成年后小鼠海馬mTOR及其上游信號通路活性，但卻延緩其認知功能的增齡性下降，提示神經細胞發(fā)育成熟后通過CR有效降低mTOR信號通路活性可能對緩解由于mTOR過度激活導