项目名称：    脑缺血性疾病中星形胶质细胞保护机制的研究

推荐单位：    中华医学会

项目简介：    本项目属病理生理学研究领域。我们运用最接近在体状态的离体细胞模型，系统研究缺氧缺血条件下神经系统中星形胶质细胞的行为功能，探索其内源性保护机制。研究成果将为中风等脑缺血疾病的治疗提供新靶点。

星形胶质细胞是神经系统中的重要组份，但长期以来却一直被忽视。我们率先对星形胶质细胞的能量代谢及其在脑损伤中的功能进行了大量开创性研究，确立其在神经系统中的重要地位。我们早在八十年代就发现了星形胶质细胞中谷氨酸代谢的重要性，更正了早期关于谷氨酸在脑中代谢途径的研究结论；其后对星形胶质细胞在缺氧条件下的代谢和功能进行了系统研究，对该领域的研究产生了深远影响。我们首创的缺氧缺血模型在国际上被广泛采用，为脑缺血疾病的研究奠定了方法学基础。

在此基础上，本项目对缺氧缺血后星形胶质细胞的形态、代谢、功能、基因蛋白表达和保护机制进行了深入研究。在以下几方面取得了突破性进展：

（1）发现缺氧缺血后星形胶质细胞死亡的主要形式是凋亡。

（2）率先系统研究了缺氧缺血后星形胶质细胞中细胞因子等多种基因蛋白表达，明确了其时程变化。发现缺氧缺血损伤引起的PI3-K/Akt和ERK信号转导通路激活。

（3）首次发现了内源性神经保护蛋白14-3-3γ和脑红蛋白在星形胶质细胞中的表达。并发现缺氧缺血状态下这两种蛋白的表达上调。

（4）首次发现14-3-3γ在星形胶质细胞缺氧缺血状态下起重要保护作用，并阐明了其作用机制。

治疗脑缺血疾病，历来多针对神经元的保护和修复，其疗效却不很理想。本研究着眼于另一类重要的神经细胞-星形胶质细胞，从深层次解释了其缺血后凋亡的根本原因，阐明了脑缺血状态下的自我保护机制，为脑缺血等疾病提供了神经元以外的新的治疗靶点，为神经保护药物的开发提供了理论依据。

本项目的相关研究已发表论文88篇，影响因子累计217.848，文章被引用总次数高达2346次，他引2227次；推动了此领域的研究，提升了我国的神经科学研究在该领域的国际影响力。

主要发现点：  星形胶质细胞是神经系统的重要组成部分。本项目着重研究星形胶质细胞在缺血损伤时的保护机制。在此我们用我们首创并广泛应用的缺氧缺血模型，在体外模拟脑缺血，系统研究了该损伤下星形胶质细胞的形态、代谢、功能、基因蛋白表达和保护机制，获得以下重要发现：

1)我们系统研究了缺氧缺血损伤在星形胶质细胞中引起的一系列分子水平反应及其导致的细胞死亡，在国际上首次发现并确认凋亡是该状态下的主要死亡形式，明确了损伤后细胞因子等多种蛋白表达的时程变化，并发现在缺血损伤时，星形胶质细胞内的两条信号传导通路—PI3-K/Akt和 MAPK/Erk被激活，理清了其信号转导机制。此发现属病理生理学领域，相关文章见附件主要论文[1][2][3][5][7]。 此前普遍认为，缺血损伤时星形胶质细胞的死亡形式是坏死，对其凋亡的描述鲜有报道。本研究首次从细胞形态，生化指标和分子生物学方面发现绝大多数星形胶质细胞在缺血损伤时发生了凋亡，并解释了此前其他小组偶尔观察到的在体中枢神经缺血时，有一些星形胶质细胞也表现类似凋亡的现象。此研究首次阐明了星形胶质细胞缺血死亡中的能量变化。上述发现已被普遍接受，引用29次。我们又进一步理清了缺血导致凋亡的机制，发现在此损伤下PI3-K/Akt和 MAPK/Erk两条信号通路的激活和细胞凋亡密切相关。而此前对脑缺血状态下神经细胞中这些信号转导通路的功能还不明了，更没在星形胶质细胞中研究。此成果属神经科学的重要发现，引用32次。

2)首次发现神经元特异性蛋白14-3-3γ、脑红蛋白在星形胶质细胞中也有表达，且14-3-3γ在星形胶质细胞缺血状态下起重要内源性保护作用，彻底阐明了星形胶质细胞的内源性保护机制，更为治疗临床脑缺血性疾病提供新靶点。此发现属病理生理学领域，相关文章见附件主要论文[4][6][8][9][10]，引用15次。

14-3-3γ是多种信号转导通路中的调控蛋白，曾认为它只在神经元有表达，而我们体外研究发现，14-3-3γ在星形胶质细胞中也有特异性表达，并在缺氧缺血损伤后表达会上调，且这种上调在缺血损伤的星形胶质细胞中起抗凋亡作用，还阐明了其抗凋亡作用是通过结合磷酸化Bad阻止后者进入线粒体启动凋亡实现的。此结果不但明确了14-3-3γ是星形胶质细胞中一种重要内源性保护蛋白，对其保护机制的阐明更为以后的临床应用提供了理论依据。我们又发现在星形胶质细胞中存在另一种内源性保护蛋白――脑红蛋白。对这种2001年新发现的氧运输蛋白的研究主要集中在神经元，是否在胶质细胞中表达一直不清楚。我们不但发现了它存在于星形胶质细胞中，且在缺氧缺血情况下对细胞有重要的抗凋亡保护作用，还为脑中新的氧运输方式的发现提供了实验依据。

上述发现不但是神经科学研究的重要组成部分，更为脑缺血疾病的有效治疗提供了新视角，提示临床上可通过外源性保护蛋白来延缓细胞死亡的可能性。

主要完成人：  1.   于常海

1. 完成项目选题、课题总体设计、实验安排，评价实验进展，提出策略性建议，撰写科学论文。对主要发现点1、2均有重要贡献，占工作量的80%，发表论文见主要论文[1][2][3][4][6][5][7][8][9][10]。

2. 创新性地建立了体外培养细胞的缺氧缺糖模型模拟在体脑缺氧缺血。

3. 完成了缺氧缺血损伤在星形胶质细胞中引起的一系列分子水平反应及其导致的细胞死亡形式的研究，尤其是在国际上首次证实了凋亡是该状态下星型胶质细胞的主要死亡方式。

4. 完成了缺氧缺血状态下14-3-3γ、脑红蛋白在星型胶质细胞中的重要保护作用及机制的研究。

2.   陈晓钎

1. 完成了对星形胶质细胞内的两条重要信号转导通路在缺血缺氧状态下引起凋亡的信号转导机制的研究。

2. 完成了14-3-3γ、脑红蛋白的功能以及他们在缺氧缺血时对星形胶质细胞起保护作用的机制研究。

以上研究占工作量的70%，对主要发现点1、2均有重要贡献，发表论文见主要论文[3][7][4][6][8][9][10]。

3.   刘乐庭

1. 完成了星形胶质细胞在缺氧缺血损伤下死亡形式的研究，明确了由损伤引起的细胞因子等蛋白表达的时程变化。

2. 完成了脑红蛋白的功能研究。

以上研究占工作量的60%，对主要发现点1、2均有重要贡献，发表论文见主要论文[1][2][5]。

4.   陈建国

1．完成了星形胶质细胞在缺氧缺血状态下，14-3-3γ保护功能的研究。对主要发现点2做出重要贡献，占工作量40%，发表论文见主要论文[6]。

10篇代表性论文：  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