rhorock通路在创伤性脑损伤后神经再生中的作用机制.ppt
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1、RHO/ROCK通路在创伤性脑损伤后神经再生中的作用机制,研究方向:神经损伤与修复 专业:神经外科研究类别:基础研究 项目来源:国家自然科学基金项目导师:段虎斌 学生:崔刚,主要内容,立论依据研究目标、内容、方法拟解决关键问题、可行性分析创新点研究进度、预期成果经费预算、参考文献,立论依据,创伤性脑损伤(TBI)致死、致残率很高,给社会家庭造成巨大损失。在美国每年约有1,700,000人遭受TBI,其中约52,000人死亡,直接和间接经济损失达600亿美元。我国每年约有10万人死于TBI,其中,因车祸死亡约5万人,这一数字也呈上升趋势。,立论依据,本课题为国家自然基金项目-“创伤性脑损伤的神经
2、源性机制及其干预实验研究”的后续研究,着重讨论Rho/Rock通路在TBI后神经源性炎症和神经再生修复中的作用机制,探索新的干预措施,从新角度探求脑创伤后神经修复的新治疗策略和方案。,立论依据,本研究采用TBI大鼠模型,以脑组织内NF-B等为神经源性炎症反应的指标,脑细胞线粒体、神经突触等超微结构变化为神经病理损伤指标,Nogo-A等为阻碍神经再生的指标,BDNF等为促进神经再生的指标,探究该通路在调控神经再生中的作用机制,立论依据,机制假设:TBI激发神经源性炎症,激活Rho/Rock通路,致球蛋白轻链磷酸化酶(MLCP)活性受抑制,引起脑血管平滑肌收缩,血流下降,内皮及屏障功能受损,导致脑
3、组织缺血,阻碍神经再生,脑血管周围炎性物质渗出增加,引发血管性、细胞性脑水肿和脑细胞调亡。使用Rho激酶、NF-B抑制剂和神经营养因子等干预措施,松弛血管平滑肌,扩张血管,促进脑组织血供,改善神经再生微环境,这为TBI的早期干预和康复治疗提供了新思路。,图1 Rho/Rock经典信号通路,Rho/Rock信号通路的成分主要有三个:小G蛋白(在这里主要是指Rho)、与Rho相连的Rho激酶(Rho-kinase)和Rho-kinase的效应分子3-5。,研究目标,(1)探讨Rho/ROCK信号通路在TBI后神经源性炎症中的作用机制;(2)研究Rho/ROCK信号通路在控TBI后中枢神经系统修复微
4、环境的作用及其机制;(3)观察多种干预措施对Rho/ROCK信号通路的影响及其在治疗TBI中的应用价值。,(1)通过免疫组化和电镜观测Rho、ROCK、NF-B、BDNF、NOGO-A等在对照组(假手术组)及实验组(颅脑损伤动物模型组)SD大鼠大脑皮层、下丘脑、垂体、脑干、损伤处及周边区脑组织中的分布特征和定位规律,以寻找组织学根据;(2)通过分子生物学手段(如PCR)测定对照组及实验组大鼠大脑皮层、下丘脑、垂体、脑干、损伤处及其周边脑细胞中Rho、ROCK、NF-B、BDNF、NOGO-A等的基因表达水平。(3)取大鼠大脑中动脉(MCA)做Rho激酶活性、MLCP活性、MLCK活性及MLC磷
5、酸化水平测定。(4)观察干预措施(Rho激酶抑制剂)对上述(1)(3)变化的影响;(5)上述几项中改变和变化的相关性分析。,研究内容,(1)未干预TBI组:实验采用SD大白鼠(山西医科大学实验动物中心提供),体重270-290g,乌拉坦腹腔注射(1.2mgkg-1)麻醉满意后,将大鼠固定在脑立体定位仪上(ST-T型,日本成贸公司)。制作TBI模型时沿正中线切开头皮并剥离骨膜,切口长2cm,暴露右顶骨,牙科台式电钻(宁波医疗器械厂)于冠状缝后1.5mm,中线右旁2.5mm处钻一直径为5mm的圆形骨窗,保持硬脑膜完整,将撞杆头端置骨窗处,击锤(重20g)沿外周导管分别从10cm、30cm高处自由落
6、下冲击撞杆,造成右顶叶轻、中度脑挫伤,另用击锤(重40g)沿外周导管从25cm高处自由落下冲击撞杆,造成右顶叶重度脑挫伤,致伤冲击力分别为0.028Ns、0.048 Ns和0.088 Ns,硬膜保持完整,骨蜡封闭骨窗。TBI组按损伤程度分为轻、中、重三组。于伤后0.5、6、12、24、48、72h断头取血,开颅取脑,进行如下实验:,实验方法,免疫组化和电镜观测Rho、ROCK、NF-B、神经营养因子、NOGO-A等在对照组(假手术组)及实验组(颅脑损伤动物模型组)SD大鼠大脑皮层、下丘脑、垂体、脑干、损伤处及周边区脑组织中的分布特征和定位规律,以寻找组织学根据;通过分子生物学手段(PCR)测定
7、对照组及实验组大鼠大脑皮层、下丘脑、垂体、脑干、损伤处及其周边脑细胞中Rho、ROCK、NF-B、神经营养因子、NOGO-A、等的基因表达水平;取大鼠大脑中动脉(MCA)做Rho激酶活性、MLCP活性、MLCK活性及MLC磷酸化水平测定。,实验方法,(2)干预TBI组:撞击鼠脑后使用Rho激酶抑制剂(Hydrochloride Fasudil、Y-30141)、NF-KB抑制剂-PDTC、神经营养因子等对TBI组上述3项改变的影响。各种干预措施(如 Rho激酶抑制剂-Y-30141、NF-KB抑制剂)对神经损伤修复的影响(3)统计学分析 上述各项中改变和变化的相关性分析。,实验方法,技术路线图
8、,拟解决的关键问题(1)大鼠大脑中动脉的分离,需要显微镜下仔细操作,技术要求高,我科实验室有实验用手术显微镜并有老师指导,仍需要不断练习,提高显微操作技能。(2)各种干预措施(如 Rho激酶抑制剂-Y-30141、NF-KB抑制剂)对神经损伤修复的影响,国内外前期研究少,需要不断摸索实验条件。,4-氨基吡啶类(Y-30141),异喹啉类(H-1152P),(1)项目的设计构思是建立在以往工作基础上,是国家自然基金的后续深入研究,现已建立了稳定的实验动物模型和实验方法,并且已开展有关方面的研究,得到初步结果;(有前期研究基础)(2)本项目采用成熟的动物模型,成熟的分子生物学、放射免疫学、病理学技
9、术;(在方法学方面是可行的)(3)本人的指导老师和项目组成员有长期科研实践经验,为本课题提供技术和理论指导;(4)项目申请人所在学科有专用实验室,所在实验室和所在单位拥有课题相关的实验设备,导师课题经费充足,实验动物及相关试剂均可购买到。(实验条件具备,可以确保实验如期完成),可行性分析,(1)关于Rho/ROCK信号转导通路在TBI后神经源性炎症中的作用机制目前尚未见相关文献报道。(2)关于Rho/ROCK信号转导通路在调控TBI后神经再生和功能修复微环境中的作用机制,目前尚未见相关文献报道。(3)关于多种干预方法(Rho激酶抑制剂、NF-KB抑制剂、NPY-受体阻抑、NK1-受体阻抑、干细
10、胞细胞移植等)在颅脑损伤期对Rho/ROCK信号转导通路的影响机制,尚未见相关文献报道。,创新点,(1)2015年01月份2015年4月份:完成假手术组的免疫组化、电镜 和分子生物学实验。(2)2015年5月份2015年8月份:完成颅脑损伤未干预组的免疫组化、电镜 和分子生物学实验。(3)2015 年9月份2015年12月份:完成颅脑损伤干预组的免疫组化、电镜 和分子生物学实验。(4)2016 年1月份2015年3月份:建立实验数据库,统计分析实验数据,总结课题,撰写论文,发表有关论文,准备论文交流与答辩。,研究进度,(1)Rho/ROCK信号转导通路在TBI后神经源性炎症中发挥重要作用,脑血
11、管Rho激酶含量与脑组织NF-B表达水平之间存在相关性;(2)Rho/ROCK信号转导通路在调控TBI后神经再生和功能修复微环境中发挥枢纽作用,脑血管Rho激酶与促进和抑制神经再生的因子(如神经营养因子和NOGO-A)之间存在相关性;(3)Rho激酶抑制剂通过干预Rho/ROCK信号转导通路,对减轻TBI的严重程度、促进神经再生和功能恢复方面能起一定作用,为临床治疗TBI提供新思路和新方法。(4)成果以论文形式发表,预期成果,经费预算,参考文献:,参考文献:,1.Traumatic Brain Injury in the United States:Emergency Department V
12、isits,Hospitalizations,and Deaths,2002-2006.http:/www.cdc.gov/TraumaticBrainInjury/index.html2.王忠诚.神经外科学.湖北:湖北科学技术出版社,2005.3653.Fujimura M,Usuki F,Kawamura M.Inhibition of the Rho/ROCK pathway prevents neuronal degeneration in vitro and in vivo following methylmercury exposure.Toxicol Appl Pharmacol
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19、29/ONO-5920,inhibits tumor metastasis in mouse melanoma through suppression of the Rho/ROCK pathway.Clin Exp Metastasis.2010 Oct;27(7):529-538.,欢迎各位老师提出宝贵意见,谢谢!,答辩项目背景材料,Rho蛋白,Rho蛋白:Rho蛋白是G蛋白中的一种,是属于小G蛋白超家族成员,其分子量约2030Kd,由氨基酸序列高度同源3种异构体组成:RhoA、RhoB、RhoC。,Rho蛋白的两种形式转化机制,Rho蛋白以活化的Rho-GTP形式和非活化的RhoGDP形
20、式两种状态存在于细胞质中、质膜上6-8。,ROCK的一级功能结构A、晶体结构B、整体结构C示意图,Rhokinase(ROCK):ROCK,即Rho激酶,属于丝氨酸苏氨酸蛋白激酶家族成员之一,以两种同源性极高的异构体存在:ROCK II(ROCK)和ROCK I(ROCK)。Rho激酶包括一个催化区(位于分子结构的N端),一个螺旋区(位于分子结构的中间部分)及一个pleckstrin同源区(PH区,位于分子结构的C 端)。Rho激酶的Rho结合区(Rhobinding,RB)位于螺旋区的C端。RhoGTP与螺旋区的C端相互作用,并激活Rho激酶的磷酸转移酶活性。Rho激酶的C端(包括RB和PH
21、区)为激酶的负向调节区。在静息状态下,RB和PH区与激酶的催化区相互作用,并抑制激酶的活性。激活状态的Rho与RB相互作用,改变了Rho激酶的构型,从而解除RB和PH对激酶的抑制,Rho激酶被激活。激酶缺失C端区,包括PH区或PH与螺旋区,可使激酶持续激活。某些化学制剂,如Y-227632、HAl077(fasudil)或hydroxyfasudil等,能够以与ATP竞争的方式特异性地抑制Rho激酶的活性。它们与ATP竞争Rho激酶催化区的ATP结合位点,从而抑制Rho激酶的活性9-11。,ROCK活性的调节,Rho-kinase的效应分子:当Rho蛋白被激活,就转移到特定的细胞亚结构上,它们
22、将与下游效应分子交互作用,激发特定的信号级联。至今,有70多个蛋白被鉴定属于Rho蛋白的下游效应分子。Rho激酶的下游底物虽然很多,但是被深入研究的并不是很多。其中球蛋白轻链磷酸化酶(myosin lightchain phosphase,MLCP)是目前研究得最多也是最清楚的Rho激酶作用的底物之一。MLCP的肌球蛋白结合亚基(myosinbinding subunit,MBS)是第一个被确认的Rho激酶的底物。MLCP包括3个亚基:MBS,37kDa的l型磷酸化酶催化亚基、肌球蛋白结合亚基(MBSl 30k)即磷酸酶靶蛋白I(MYPT-1)调节亚基和一个功能不明的小M20非催化亚基。MLC
23、P通过MBS与磷酸化的肌球蛋白轻链(myosin light chain,MLC)结合,并使其脱磷酸。Rho激酶激活后可磷酸化MBS,从而导致MLCP失活。Rho激酶还可以直接磷酸化MLC。,Rho激酶活化的病理过程,所以,Rho激酶可通过直接磷酸化MLC及使MLCP失活两种途径调节MLC的磷酸化水平。Rho激酶激活后MLCP的活性受到抑制,导致MLC磷酸化水平升高和平滑肌细胞收缩,内皮细胞收缩,还有一个Rho激酶的作用底物研究也较多:内皮源性一氧化氮合酶(endothelial NO synthase,eNOS)。目前研究认为组织缺血等可使Rho激酶活化,使eNOS下调,引起血管收缩,血流下
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