CDK5介导线粒体损伤在1-溴丙烷诱导神经元死亡中的作用及机制

【作者】 宋铭雪； 赵秀兰；

【机构】 山东大学公共卫生学院；

【摘要】 目的 1-溴丙烷(1-BP)不仅是一种职业毒物,其日常生活暴露同样值得关注。神经系统是1-BP最敏感的靶器官,1-BP职业暴露可导致中枢神经系统和周围神经系统损伤。我们前期研究显示1-BP低剂量暴露可导致实验动物认知功能障碍,但分子机制尚未明确。神经元高表达细胞周期蛋白依赖性蛋白激酶5(CDK5),病理刺激可引起CDK5激活,并通过调控线粒体分裂-融合过程,参与神经元程序性细胞死亡。本研究以线粒体损伤为切入点,探讨1-BP诱导神经元死亡中CDK5激活与程序性坏死信号通路之间的机制联系,以期阐明1-BP诱导神经元死亡的可能机制,为环境神经毒物导致的中毒性神经病的防治提供新靶点。材料和方法 (1) 1-BP致认知功能障碍剂量效应关系:选用C57小鼠建立1-BP染毒模型,采用旷场实验和新物体识别试验评价认知功能,免疫组化观察各组动物海马神经元丢失情况。透射电镜观察海马神经元线粒体、突触及死亡情况,Western blot检测程序性坏死相关蛋白的改变,并采用免疫双荧光进一步确认神经元损伤。(2)抑制CDK5对1-BP致体外培养神经元损伤的逆转作用:利用1-BP活性代谢产物1-溴2-丙醇(1-B-2-P)处理N2a神经细胞,小分子抑制剂抑制CDK5活性,采用荧光染色观察对细胞线粒体结构和功能的影响,同时利用WB检测Drp1表达及其磷酸化程度,以及程序性坏死通路关键蛋白的变化。(3)敲除Cdk5对1-BP致小鼠神经损伤的逆转作用:利用Cre-loxp技术制备神经元Cdk5条件敲除小鼠,评价和比较野生型小鼠CDK5-Drp1信号通路和程序性坏死通路关键分子的变化。结果 (1) 1-BP暴露激活小鼠海马组织中CDK5信号通路,进而过度磷酸化Drp1,引起线粒体损伤,导致神经元程序性坏死。(2)体外培养N2a细胞暴露1-B-2-P同时抑制CDK5活性,Drp1 Ser616位点磷酸化水平降低,线粒体片段化现象与细胞程序性坏死程度显著改善。(3)神经元条件敲除Cdk5可抑制线粒体过度分裂,缓解神经元程序性坏死,改善1-BP染毒所致的小鼠认知障碍。结论 1-BP暴露激活神经细胞中的CDK5/Drp1信号轴,诱导线粒体损伤,激活程序性坏死,引起认知功能障碍;采用药物或基因手段干预CDK5活性可减轻1-BP诱导的线粒体损伤,抑制神经元程序性坏死。更多还原