Rac1减轻氧糖剥夺神经元的损伤：线粒体的生物发生和功能

doi:10.4103/1673-5374.280325

摘要/Abstract

摘要：

最近的研究表明，微小RNA可能在脑缺血再灌注损伤中作为神经保护因子。既往研究发现miRNA-142-3p可通过负调控Rac1的活性，参与肿瘤的发生发展以及心肌缺血性损伤，但其是否也参与脑缺血再灌注损伤，目前尚无报道。因此，实验建立原代皮质神经元氧糖剥夺模型体外模拟脑缺血再灌注损伤，转染mimir-142-3p agomir或miR-142-3p antagomir。发现氧糖剥夺后，(1)神经元中miR-142-3p表达下调。而mimir-142-3p agomir可使miR-142-3p过表达，并促进氧糖剥夺细胞死亡和凋亡，并促进线粒体生物功能相关蛋白线粒体转录因子A、过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活子1α和核呼吸因子1的表达，而miR-142-3p antagomir则会产生相反的作用；(2)通过荧光素酶报告基因实验可证实，Rac1是miR-142-3p的潜在靶向基因。过表达的miR-142-3p可抑制NOX2活性，并抑制Rac1和Rac1-GTPase的表达；(3)拮抗miR-142-3p可增强上述作用；(4)结果说明，miR-142-3p下调Rac1表达和激活，调控线粒体生物发生和功能，抑制氧糖剥夺损伤，从而发挥了神经保护作用。实验于2017年3月7日经中南大学动物伦理委员会批准(No. 201703346)。

orcid: 0000-0002-7678-0926 (Zhi Ye)

关键词: 脑缺血再灌注损伤, 氧糖剥夺, miR-142-3p, Rac1, 线粒体, 生物发生, 神经保护, 微小RNA, NOX2

Abstract: Certain microRNAs (miRNAs) can function as neuroprotective factors after reperfusion/ischemia brain injury. miRNA-142-3p can participate in the occurrence and development of tumors and myocardial ischemic injury by negatively regulating the activity of Rac1, but it remains unclear whether miRNA-142-3p also participates in cerebral ischemia/reperfusion injury. In this study, a model of oxygen-glucose deprivation/re-oxygenation in primary cortical neurons was established and the neurons were transfected with miR-142-3p agomirs or miR-142-3p antagomirs. miR-142-3p expression was down-regulated in neurons when exposed to oxygen-glucose deprivation/re-oxygenation. Over-expression of miR-142-3p using its agomir remarkably promoted cell death and apoptosis induced by oxygen-glucose deprivation/re-oxygenation and improved mitochondrial biogenesis and function, including the expression of peroxisome proliferator-activated receptor-γ coactivator-1α, mitochondrial transcription factor A, and nuclear respiratory factor 1. However, the opposite effects were produced if miR-142-3p was inhibited. Luciferase reporter assays verified that Rac Family Small GTPase 1 (Rac1) was a target gene of miR- 142-3p. Over-expressed miR-142-3p inhibited NOX2 activity and expression of Rac1 and Rac1-GTPase (its activated form). miR-142-3p antagomirs had opposite effects after oxygen-glucose deprivation/re-oxygenation. Our results indicate that miR-142-3p down-regulates the expression and activation of Rac1, regulates mitochondrial biogenesis and function, and inhibits oxygen-glucose deprivation damage, thus exerting a neuroprotective effect. The experiments were approved by the Committee of Experimental Animal Use and Care of Central South University, China (approval No. 201703346) on March 7, 2017.

Key words: biogenesis, ischemia/reperfusion injury, microRNAs, miR-142-3p, mitochondria, neuroprotection, NOX2, oxygen-glucose deprivation, Rac1

. Rac1减轻氧糖剥夺神经元的损伤：线粒体的生物发生和功能[J]. 中国神经再生研究(英文版), 2020, 15(10): 1937-1946.

Ping-Ping Xia, Fan Zhang, Cheng Chen, Zhi-Hua Wang, Na Wang, Long-Yan Li, Qu-Lian Guo, Zhi Ye. Rac1 relieves neuronal injury induced by oxygenglucose deprivation and re-oxygenation via regulation of mitochondrial biogenesis and function[J]. Neural Regeneration Research, 2020, 15(10): 1937-1946.

参考文献

引言

出版重点

《中国神经再生研究（英文版）》杂志为SCI、PubMed数据库收录的国际唯一一本专注神经再生领域研究的经同行评议的开放获取期刊，出版来自全球神经再生领域专业学者的前沿性基础研究及临床研究及转化医学、循证医学优秀的最新成果。

期刊出版来自于脑损伤与神经再生、脊髓损伤与神经再生、周围神经损伤与神经再生和神经退行性病与神经再生、神经影像与神经再生的相关研究。期刊关注神经损伤与再生过程中的轴突再生、突触生长、神经可塑性、神经修复和替代、神经移植等最新研究成果。尤其关注应用细胞治疗、基因治疗、生物因子治疗、药物治疗、手术治疗、康复治疗、物理疗法、组织工程、生物工程、生物材料、神经假体等干预性方法产生神经再生效果的相关研究。文章应清晰描述抑制神经元损伤、减轻神经元损伤的一系列变化，保护损伤神经元的过程、方法、程度与评价，突出从细胞分子水平以及分子生物学水平解释神经元损伤后以及预后再生的机制。

NRR杂志被国际重要数据库收录

科学引文索引（Science Citation Index Expanded，SCI）

美国国立医学图书馆（PubMed）

美国国立医学图书馆开放获取全文数据库（PubMed Central, PMC）

美国生物学文摘数据库（BIOSIS previews, BP）

美国《化学文摘》（Chemical Abstracts, CA）

Scopus荷兰《医学文摘库/医学文摘》（Excerpta Medica, EM）

波兰《哥伯尼索引》（Index of Copurnicus, IC）

OvidSP平台数据库

中国科学引文数据库（CSCD）

中国科技期刊数据库-统计源期刊（CSTPCD）

编委会

主编Editor-in-Chief

苏国辉院士（Kwok-fai So, Chair Professor and Head, Jessie Ho Professor in Neuroscience, Department of Anatomy, The University of Hong Kong）。

徐晓明教授（Xiao-ming Xu, Professor and Mari Hulman George Chair of Neurological Surgery, Scientific Director of Spinal Cord and Brain Injury Research Group, Indiana University School of Medicine）

联系方式：Email: szb@nrren.org 电话：+86 138 0499 8773

编委会成员

期刊编委队伍由国际神经再生领域著名学者、中国科学院院士、香港大学苏国辉教授和美国印第安纳大学徐晓明教授领导的由100多位国际神经再生优秀专家组成。共同致力于创办一本发表神经再生领域专业学术研究经同行严格评审的优秀学术期刊。

在线投稿平台

作者可以通过www.nrronline.org在线投稿。

所有的稿件都将通过该系统提交至NRR杂志电子投稿出版管理系统。

作者有不明确的问题，请访问szb@nrren.org或咨询+86 138 0499 8773。

投稿后，当论文已处于审稿或等待审稿状态时，2个月内请勿将稿件再投至他刊。

初次投稿：

投稿信:

应说明文章未一稿多投，全部作者是否对所投稿件内容知情同意，推荐2-3位小同行审稿人。

作者协议：

投稿时请注意作者协议，如同意后可继续完成投稿，投稿成功后作者已与杂志签定了文章的相关版权。

投稿后的同行评议

期刊投稿平台应用国际最大的投稿平台Editorial Manager，投到本刊的每篇稿件都要经过3-4位小同行审稿人评审，审稿方法为国际学科小同行组成双盲审稿。所有发表在杂志的文章都将经过严格的双盲同行层层评议，审稿中注重科学性、伦理学和文章真实性的严格审查。期刊将在投稿后4周内通知作者评审意见。

根据评审意见，编辑部决定稿件返修，再审，被接受或退稿。稿件被接受后，作者可经投稿平台以通讯作者账号随时查询稿件的出版进程。

材料方法

讨论

特邀稿件

对特邀综述稿件的要求：

（1）需提前向编委会提交写作大纲，通过选题后，文章需在2个月内完成。

（2）全文不超过6000个单词，包括摘要，不包括参考文献，图和表格，出版后8-10个版面。

（3）文章写作结构：

文题：不超过 90个字母，20个单词。

摘要：非结构式， 250单词。

引言：

主体内容：

总结：

作者贡献：

利益冲突：

参考文献：采用 Journal of Neuroscience格式。

特邀述评类文章：观点、点评、研究亮点、给编辑的信等。

特邀观点栏目文章要求：

（1）观点文章为作者对神经再生领域某一热点问题的评论，有作者鲜明的观点和作者本人

对此科研过程的认识和总结。

（2）需提前向编委会提交写作大纲，通过选题后，文章需在2个月内完成。

（3）全文2000- 3000单词，包括参考文献，不需要图和表格，不需要摘要，出版后2个版面。

（4）文章写作结构：

文题：不超过 90个字母，20个单词。

主体内容：

参考文献：不超过 5条，采用Journal of Neuroscience格式。

特邀点评与研究亮点栏目文章要求：

（1）点评文章为点评在本刊发表的文章，研究亮点文章为点评国际优秀杂志近期或在线提前发表的前沿性的优秀文章。

（2）需提前向编委会提交写作大纲，通过选题后，文章需在2个月内完成。

（3）全文2000- 3000单词，包括参考文献，不需要图和表格，不需要摘要，出版后2个版面。

（4）文章写作结构：

文题：不超过 90个字母，20个单词。

主体内容：

利益冲突：

参考文献：不超过 5条，采用Journal of Neuroscience格式。

给编辑的信栏目文章要求：

（1）给编辑的信文章为读者对本刊已发表文章的来信反馈。

（2）全文1000- 2000单词，不包括参考文献，文章不需要摘要、图和表格，出版后1个版面。

（4）文章写作结构：

文题：不超过 90个字母，20个单词。

主体内容：

利益冲突：

参考文献：不超过 5条，采用Journal of Neuroscience格式。

文章快阅

延伸阅读

Neural Regen Res：Rac1调控线粒体生物功能减轻氧糖剥夺神经元的损伤

来自中南大学湘雅医院叶治团队的最新研究阐明了miRNA-142-3p调控缺血性脑损伤后线粒体生物学以及线粒体功能以及Rac1与miRNA-142-3p相互作用的分子机制，其为临床缺血性脑损伤的治疗提供新的靶点和理论依据。

脑卒中已成为中国首要的死亡原因，也是中国成年人残疾的首要原因。国内每年新发脑卒中患者约195万，且每年约150万人因脑卒中而死亡。脑卒中包括缺血性和出血性卒中，其中缺血性卒中的发病率高于出血性卒中，占脑卒中总数的60%-70%。脑卒中正严重威胁着人们的生命以及生存质量，而如何有效预防、减轻和治疗脑卒中成为目前医学研究的重点和难点之一。

活性氧所致的氧化应激反应是引起脑损伤的一个重要原因。Rac1是Rho家族G蛋白的成员之一，在缺血缺氧损伤可促进细胞浆内Rac1向胞膜移动，并结合NADPH氧化酶的组件p47 PHOX，使Rac1活化及NADPH氧化酶活性增强，产生大量活性氧。由于Rac1含有与GTP或GDP结合的高亲和力位点，能在有活性GTP结合形式和无活性GDP结合形式之间循环，从而其可作为“分子开关”特异性调控NADPH氧化酶，刺激内源性活性氧产生，参与细胞毒性改变。因而Rac l蛋白被认为是NADPH 氧化酶的生物调控开关，是脑缺血再灌注损伤过程中关键因子。

微小RNA (miRNA)是一类长19-24个核苷酸的非编码RNA，并不能编码蛋白。微小RNA可与靶点mRNA结合，抑制蛋白的翻译。叶治等的既往研究已证实，稳定存在于哺乳动物血清和血浆中的微小RNA是由组织和细胞主动分泌的，可作为疾病的新型生物标记物，并可起到细胞内分子信号传递的作用。而miRNA-142-3p可通过负调控Rac1的活性，参与肿瘤的发生发展以及心肌缺血性损伤，但其是否也参与脑缺血再灌注损伤，目前尚无报道。

叶治等利用原代皮质神经元氧糖剥夺模型体外模拟脑缺血再灌注损伤，发现氧糖剥夺损伤可以下调miRNA-142-3p的表达。激活miRNA-142-3p不仅能提高神经元对氧糖剥夺损伤的抵抗力，而且能够有效的促进线粒体生物功能相关蛋白，如线粒体转录因子A、过氧化物酶体增殖物激活受体γ辅激活子1α和核呼吸因子1的表达。此外，激活miRNA-142-3p还能通过减少神经元凋亡及线粒体活性氧的生成，稳定线粒体膜电位，增加线粒体DNA的含量，保留线粒体呼吸链复合物以及抑制NOX2的激活等方式显著改善线粒体功能。最后，使用生物信息学技术确认了Rac1是miRNA-142-3p的作用靶点，miRNA-142-3p可通过负调控Rac1的表达，发挥有效的神经保护作用。

这项成果撰写的文章发表在《中国神经再生研究（英文版）》杂志2020年10期。

[1]	. 丰富环境联合法舒地尔抑制海马CA1区神经元死亡减轻记忆障碍[J]. 中国神经再生研究(英文版), 2021, 16(8): 1460-1466.
[2]	. 硫化氢可增强帕金森病小鼠模型的成年神经发生[J]. 中国神经再生研究(英文版), 2021, 16(7): 1353-1358.
[3]	. 常压氧可减轻缺血性脑卒中的高糖酵解[J]. 中国神经再生研究(英文版), 2021, 16(6): 1017-1023.
[4]	. microRNA-670可通过Yap通路加剧脑缺血再灌注损伤[J]. 中国神经再生研究(英文版), 2021, 16(6): 1024-1030.
[5]	. Apelin-13抑制脑缺血再灌注损伤后的细胞凋亡和过度自噬[J]. 中国神经再生研究(英文版), 2021, 16(6): 1044-1051.
[6]	. 微小RNA-146a纳米颗粒可减轻创伤性脑损伤12h后的炎症反应[J]. 中国神经再生研究(英文版), 2021, 16(3): 514-522.
[7]	. 山楂叶总黄酮可抑制脊髓损伤后的细胞凋亡并促进运动功能恢复[J]. 中国神经再生研究(英文版), 2021, 16(2): 350-356.
[8]	. 促进缺血视网膜神经元DNA修复的糖原合酶激酶3β抑制剂SB216763[J]. 中国神经再生研究(英文版), 2021, 16(2): 394-400.
[9]	. 氩气抑制视网膜缺血再灌注损伤后小胶质细胞活化和炎性细胞因子的表达[J]. 中国神经再生研究(英文版), 2021, 16(1): 192-198.
[10]	. 氧糖剥夺大脑皮质神经元中前蛋白转化酶1/3可介导脑源性神经营养因子表达下调[J]. 中国神经再生研究(英文版), 2020, 15(6): 1066-1070.
[11]	. 牛膝多肽抑制谷氨酸电流在培养海马神经元发挥抗凋亡作用[J]. 中国神经再生研究(英文版), 2020, 15(6): 1086-1093.
[12]	. 脊髓损伤模型小鼠MicroRNA-21-5p的比较蛋白质组学变化及在不同途径中的可能作用[J]. 中国神经再生研究(英文版), 2020, 15(6): 1102-1110.
[13]	. 腺苷酸环化酶激活剂可减轻丙酸诱导自闭症大鼠神经元线粒体的功能障碍[J]. 中国神经再生研究(英文版), 2020, 15(6): 1140-1149.
[14]	. 追踪神经再生轴突时程分析体内感觉轴突的再生[J]. 中国神经再生研究(英文版), 2020, 15(6): 1160-1165.
[15]	. 选择性脑低温对局灶性脑缺血再灌注损伤神经保护与抑制的线粒体分裂蛋白1表达有关[J]. 中国神经再生研究(英文版), 2020, 15(5): 903-911.