二氧化硫誘導(dǎo)學(xué)習(xí)記憶損傷的分子機(jī)制及阻斷MAGL的保護(hù)作用研究.pdf

1、SO2是一種典型的大氣污染物，其排放的最大來源是發(fā)電廠等工業(yè)的化石燃料的燃燒和居民采暖固體燃料的燃燒，主要是煤炭的燃燒。目前，煤炭在我國(guó)能源消費(fèi)中的比例近70％之多。據(jù)報(bào)道，燃煤大氣污染物排放占中國(guó)主要能源大氣污染物排放總量的七成以上，其中SO2的排放依舊超過煙塵、氮氧化物等其他大氣污染物，由此造成的全國(guó)城市、工礦區(qū)以及居民集區(qū)大氣SO2污染普遍存在，因此長(zhǎng)期接觸低濃度SO2所引發(fā)的公眾健康問題應(yīng)該受到廣泛關(guān)注。
　　傳統(tǒng)的研究往

2、往更多關(guān)注在SO2對(duì)呼吸系統(tǒng)的危害；而近年來本課題組的研究發(fā)現(xiàn)SO2是一種全身性有毒大氣污染物，可通過其衍生物引起多種臟器氧化損傷和DNA損傷。流行病學(xué)研究結(jié)果顯示大氣SO2污染和多種神經(jīng)退行性疾病引起的住院和死亡風(fēng)險(xiǎn)增加具有相關(guān)性，比如周期性偏頭痛、中風(fēng)和腦腫瘤等，提示 SO2除了能引起我們熟知的呼吸道疾病之外，極有可能是神經(jīng)系統(tǒng)疾病發(fā)病的一個(gè)重要誘因。而前期的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究尚缺乏在神經(jīng)元突觸水平闡釋SO2誘導(dǎo)中樞神經(jīng)損傷的證據(jù)；而且眾

3、所周知，個(gè)體暴露于空氣污染的最顯著的特征是低濃度終身暴露，而前期的相關(guān)研究多集中于流行病學(xué)資料或是高濃度SO2吸入暴露，在相對(duì)低濃度或低濃度的研究未見報(bào)道；尚缺乏直接證據(jù)證明人群接觸意義低濃度的SO2暴露誘導(dǎo)認(rèn)知功能損傷。
　　因此本論文通過SO2動(dòng)式吸入染毒，使用Morris水迷宮檢測(cè)空間學(xué)習(xí)記憶能力，通過透射電子顯微鏡（TEM）觀察突觸超微結(jié)構(gòu)變化，利用RT-PCR和Western blot技術(shù)檢測(cè)突觸可塑性相關(guān)指標(biāo)在mRNA

4、和蛋白水平的表達(dá)改變，使用免疫組織化學(xué)切片觀察膠質(zhì)細(xì)胞的活化反應(yīng)，采用酶聯(lián)免疫技術(shù)測(cè)定炎癥細(xì)胞因子的表達(dá)，從整體動(dòng)物行為學(xué)、大腦組織病理學(xué)和細(xì)胞分子生物學(xué)多個(gè)層面研究了人群接觸意義低濃度的SO2污染大氣在不同濃度/時(shí)程的暴露模型下對(duì)大鼠中樞神經(jīng)系統(tǒng)認(rèn)知功能和突觸信號(hào)途徑的影響；在此基礎(chǔ)上，闡明了MAGL特異性阻斷劑JZL184對(duì)SO2誘導(dǎo)小鼠神經(jīng)損傷的影響。
　　研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高濃度SO2急性（1week）暴露可引起大鼠海馬組織神

5、經(jīng)元突軸突末梢小泡密度的增加和突觸后密度區(qū)的增厚或擴(kuò)展；上調(diào)突觸結(jié)構(gòu)標(biāo)志蛋白SYP和PSD-95的表達(dá)，顯著下調(diào)即早基因Arc和突觸受體亞型（GRIA1、GRIA2、GRIN1、GRIN2A、GRIN2B）的轉(zhuǎn)錄水平和相關(guān)蛋白激酶（PKA、PKC、p-CaMKIIα）的表達(dá)，影響突觸信號(hào)傳遞和突觸可塑性。低濃度SO2亞慢性（4week）暴露誘導(dǎo)大鼠海馬組織和皮層組織神經(jīng)退行性變和膠質(zhì)細(xì)胞活化反應(yīng)增加，引起神經(jīng)炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致炎性因子IL-

6、1β、TNF-α和促炎因子COX-2、iNOS的表達(dá)顯著升高；并能通過引起海馬神經(jīng)元突觸前小泡密度減少和突觸后密度區(qū)變薄以及谷氨酸突觸受體亞型和蛋白激酶表達(dá)顯著降低，改變突觸可塑性，最終導(dǎo)致大鼠在Morris水迷宮空間記憶任務(wù)中穿越平臺(tái)區(qū)域的次數(shù)和在目標(biāo)象限的時(shí)間下降，造成大鼠空間記憶能力損傷。低濃度SO2慢性（90d）暴露可引起和亞慢性（4week）暴露相似的結(jié)果，通過炎癥反應(yīng)誘導(dǎo)突觸可塑性變化并造成空間學(xué)習(xí)記憶能力損傷。
　　

7、在此基礎(chǔ)上，我們發(fā)現(xiàn)MAGL特異性阻斷劑JZL184預(yù)處理能顯著減少SO2亞慢性暴露小鼠海馬組織和皮層組織神經(jīng)退行性變和膠質(zhì)細(xì)胞活化反應(yīng)，維持炎癥因子平衡；并能減少神經(jīng)元突觸受體亞型和蛋白激酶表達(dá)的下降，保護(hù)突觸可塑性的完整；提高SO2暴露小鼠的空間記憶能力，顯著增加SO2亞慢性暴露小鼠在Morris水迷宮空間記憶任務(wù)中穿越平臺(tái)區(qū)域的次數(shù)和在目標(biāo)象限的時(shí)間，表明阻斷MAGL對(duì)SO2誘導(dǎo)小鼠空間記憶損傷和炎癥反應(yīng)具有抑制作用，具有神經(jīng)保護(hù)

8、作用。
　　本課題實(shí)驗(yàn)結(jié)果系統(tǒng)地揭示了SO2高濃度急性暴露、低濃度亞慢性暴露和低濃度慢性暴露對(duì)大鼠大腦中樞神經(jīng)系統(tǒng)的損傷效應(yīng)，其分子機(jī)制與大腦組織的炎癥反應(yīng)有關(guān)，SO2可通過刺激炎癥反應(yīng)改變突觸結(jié)構(gòu)和信號(hào)傳遞最終導(dǎo)致學(xué)習(xí)記憶能力損傷，引發(fā)認(rèn)知功能障礙。這些結(jié)果為大氣SO2長(zhǎng)期低濃度接觸和急性污染事件所引發(fā)的大腦中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷提供了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)；為大氣SO2暴露的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)提供理論依據(jù)。本課題進(jìn)一步揭示了阻斷MAGL在SO2暴露過程