解偶联蛋白与神经系统疾病的研究进展

解偶联蛋白(uncoupling protein,UCP)是一类位于线粒体内膜上的载体,属于线粒体载体蛋白超家族。UCP1主要存在于棕色脂肪组织中,由UCP1介导的线粒体的解偶联通常与适应性产热有密切关系。近年来的研究表明某些解偶联蛋白,如UCP2、UCP4和UCP5也选择性地存在于神经元中,与UCP1不同的是,这些蛋白对热量的生成没有决定性的作用,但是可以被自由基和游离脂肪酸活化,极大地影响神经元的功能。位于神经元上的解偶联蛋白能够调节线粒体的数量、ATP产量、钙摄入和自由基生成,从而直接影响神经传递。因此,对解偶联蛋白的调节和功能研究给神经系统疾病的研究提供了新的前景。     

瑞舒伐他汀通过调控UCP2-SIRT3通路减轻脑缺血/再灌注对神经元线粒体的损伤

目的探讨瑞舒伐他汀(rosuvastatin,RS)通过UCP2-SIRT3信号通路在脑缺血/再灌注(CIR)神经元线粒体损伤中的作用及其机制。方法建立SH-SY5Y细胞的脑梗死再灌注模型(OGD/R),给予不同浓度RS(40和2.5μmol·L^-1)分别处理,观察两组中细胞增殖和凋亡的变化及UCP2和SIRT3分子的表达;构建UCP2沉默细胞系,研究不同浓度RS对UCP2沉默前后细胞形态和线粒体膜电位的影响、以及SIRT3分子、线粒体外膜异位酶20(TOMM20)和线粒体合成相关蛋白(Drp1、Opa1和PGC1)的表达变化。结果RS能提高OGD/R细胞的存活率、抑制细胞凋亡、改变细胞形态、稳定细胞线粒体膜电位;增加OGD/R细胞中UCP2、SIRT3分子和TOMM20蛋白表达,并诱导Drp1和Opa1 mRNA的表达,抑制PGC1 mRNA的表达;沉默UCP2后能明显降低OGD/R细胞的存活率及TOMM20蛋白的表达,降低Drp1和Opa1 mRNA的表达,使PGC1 mRNA的表达增加。结论RS通过调控UCP2-SIRT3通路减轻CIR对神经元线粒体的损伤,发挥神经细胞保护作用。     

解偶联蛋白2与神经管畸形的相关性

解偶联蛋白2(uncoupling protein 2,UCP2)是位于线粒体内膜上的阳离子载体蛋白。它可以使氧化磷酸化解偶联,主要参与能量代谢和脂代谢调节,减少自由基的产生,与糖尿病、肥胖症、神经系统疾病有着密切的关系。国内外有研究显示:UCP2基因3′非编码区45bp碱基的缺失或插入是神经管畸形(NTDs)发生的一个独立危险因素。肥胖和糖尿病的妇女有增加神经管畸形的风险,因为其代谢胚胎的环境不同。进一步探讨UCP2在NTDs中的作用对于NTDs的防治具有一定意义。     

Irisin对糖脂代谢的作用及机制研究

<正>人体内白色脂肪组织主要作用是能量储存,以及分泌多种脂肪细胞因子及炎症因子参与胰岛素抵抗及相关疾病的发生。而棕色脂肪组织具有非战栗产热的能力,棕色脂肪含有丰富的线粒体,并可表达解耦联蛋白1(uncoupling protein1,UCP1),通过UCP1使线粒体的氧化磷酸化解偶联,氧化分解脂肪,减少脂肪堆积。Irisin是新近发现的一种肌肉因子,     

线粒体功能损伤与胰岛素抵抗

胰岛素抵抗在肥胖、代谢综合症、心血管类疾病和2型糖尿病及其并发症等疾病的病理病程中起了重要的作用。近年来,研究发现线粒体功能损伤与胰岛素抵抗有着密切的联系。一些遗传因素、老化现象、ROS生成的增多、线粒体生物合成降低或一些线粒体相关蛋白变化,都可能损伤线粒体功能,而这些因素也都是诱发胰岛素抵抗的主要诱因。了解线粒体损伤与胰岛素抵抗的关系将为胰岛素抵抗的研究和治疗提供新的思路。该文将从遗传因素、老化、ROS、生物合成、UCP、Sirt3等可影响线粒体功能的几个方面阐述线粒体功能损伤与胰岛素抵抗的关系,并介绍胰岛素抵抗治疗中与线粒体相关的药物作用机制。     

瑞舒伐他汀通过UCP2-SIRT3信号调控脑I/R对神经元的损伤

目的:研究瑞舒伐他汀对脑缺血-再灌注损伤的保护作用及作用机制。方法:(1)建立脑梗死及OGD/R细胞模型,检测不同浓度瑞舒伐他汀对细胞增殖及细胞凋亡的影响;(2)用不同浓度瑞舒伐他汀处理OGD/R细胞模型,观察瑞舒伐他汀对细胞形态和细胞中UCP2/SIRT3表达和定位的影响;(3)构建UCP2沉默的细胞系,观察细胞线粒体形态和细胞中TOMM20及SIRT3分子表达与定位,研究瑞舒伐他汀在OGD/R细胞模型中发挥保护作用的通道和机制;(4)检测线粒体膜电位,PCR检测线粒体生成基因PGC1、Drp1和Opa1表达,研究瑞舒伐他汀对线粒体的保护作用。结果:(1)不同浓度瑞舒伐他汀均可以明显减低OGD/R细胞凋亡,提高细胞存活率;(2)瑞舒伐他汀通过影响细胞UCP2和SIRT3表达,进而发挥细胞保护作用,使细胞免受OGD/R损伤;(3)瑞舒伐他汀通过调控UCP2影响TOMM20表达,增加线粒体跨膜转运和能量代谢,增强线粒体功能,提高细胞存活;(4)瑞舒伐他汀阻止OGD/R细胞膜电位下降,保护线粒体,改善细胞状态,减少细胞凋亡。结论:瑞舒伐他汀通过调控UCP2/SIRT通路来抑制OGD/R细胞线粒体损伤,从而发挥神经元保护作用。     

神经细胞凋亡与脑缺血疾病

脑缺血疾病是现代人类健康和生命的主要杀手之一。近年研究发现,神经细胞凋亡是脑缺血疾病造成神经系统损伤的重要机制,神经细胞凋亡通路主要包括线粒体通路、死亡受体通路、PARP/AIF通路。基于神经细胞凋亡与脑缺血损伤关系的深入研究,抗凋亡治疗已经成为了治疗脑缺血疾病的重要途径。     

高脂饮食胰岛素抵抗大鼠模型解偶联蛋白基因表达的变化

目的　研究高脂喂养致胰岛素抵抗 (IR)动物模型中胰岛素敏感性的变化及解偶联蛋白 (UCPs)基因表达的改变。方法　在高脂喂养大鼠的IR模型中 ,以高胰岛素 -正葡萄糖钳夹术评价胰岛素敏感性的变化 ,用半定量的逆转录 -聚合酶链反应 (RT -PCR)检测UCPs基因mRNA表达的改变。结果　高脂喂养可以显著降低葡萄糖输注率 (GIR2 8 0 3± 8 0 2VS 9 89± 3 2 8P <0 0 1) ,显著增加血清甘油三酯 (TG)、自由脂肪酸(FFA) (0 6 1± 0 17VS 1 2 4± 0 34,0 2 4± 0 10VS 0 4 3± 0 13) ,增加动物的体重 ,可使肝脏内UCP - 2基因、肌肉内UCP - 3基因mRNA表达降低 ,对肌肉组织内UCP - 2基因mRNA表达无影响。结论　高脂喂养可引起血脂增高、体重增加、降低胰岛素的敏感性 ,胰岛素敏感性降低可能与UCPs基因表达减弱有关     

前列地尔对原代培养神经元类缺血再灌注损伤后线粒体解耦联蛋白4表达的影响

目的:探讨线粒体解耦联蛋白4(UCP4)在原代培养神经元类缺血再灌注损伤后不同时间点的表达变化及前列地尔对其影响。方法:以原代培养神经元为研究对象,建立类缺血再灌注损伤模型,应用免疫细胞化学方法观察类缺血再灌注后3 h,6 h,12 h时UCP4的表达变化。实验组为在缺血期及再灌期均给予0.01 mg/mL前列地尔,观察前列地尔对UCP4表达的影响。结果:UCP4阳性细胞随类缺血再灌注时间的延长,阳性神经元胞浆的灰阶值数值变大,染色变浅,反映神经细胞内UCP4蛋白表达量减少。在再灌注3 h时UCP4的表达即降低;再灌注6 h时UCP4的表达明显降低,再灌注12 h时其表达仍在下降。在再灌注后3 h,6 h,12 h组与正常对照组比较,差异具有显著性意义(P<0.05),实验组UCP4阳性细胞胞浆的灰阶值在再灌注后3 h,6 h,12 h时均低于类缺血再灌注模型组,差异有显著性(P<0.05)。结论:UCP4在类缺血再灌注后不同时间点的表达呈动态变化,提示UCP4可能参与了脑缺血再灌注损伤的病理过程;而前列地尔可上调UCP4的表达,从而发挥保护神经细胞的作用。     

冬眠心肌的能量代谢与线粒体解偶联蛋白2的调控作用

冬眠心肌是处于低灌注、低功能状态的一种自我保护心肌,心肌在低灌注状态下建立了心肌产能和耗能的平衡以维持心肌的存活性。冬眠心肌广泛存在于冠心病患者中,其底物代谢模式由脂肪酸代谢为主转变为以糖酵解为主的代谢模式,脂肪酸氧化、三羧酸循环、电子传递链相关酶均减低,活性氧簇(reactive oxygen species,ROS)生成增多,解偶联蛋白(uncoupling protein 2,UCP2)表达增高,能量代谢出现障碍,其中UCP2是位于线粒体内膜的质子转运体,是一种"质子漏",即质子不经过ATP合成酶(adenosine triphosphate synthase,ATP)而直接经过UCP2进入线粒体基质,导致的氧化磷酸化的解偶联,引起ATP生成的减少,能量代谢的障碍导致了心肌收缩功能减低。UCP2的表达受因上游蛋白、脂肪酸、ROS、嘌呤核苷酸的调控。通过调控UCP2可以增加冬眠心肌的产能,影响冬眠心肌的能量代谢。     

Mitochondrial uncoupling protein 2 in the central nervous system: neuromodulator and neuroprotector

Uncoupling proteins (UCPs) are localized in the inner membrane of the mitochondria in diverse tissues and decrease mitochondrial membrane potential. The first of these proteins, UCP1, was discovered in brown adipose tissue, where it has a well-described role in thermogenesis. The functional significance of other UCPs, including UCP2, is less well understood. Here we summarize the recent advancements on the role of UCP2 in the brain and portray this uncoupler as an important player in normal neuronal function as well as a key cell death-suppressing device. These previously unknown functions of UCPs offer new avenues not only for the better understanding of these proteins but also for the furthering of our knowledge on the central nervous system in healthy and disease states.     

Brain mitochondrial uncoupling protein 2 (UCP2): a protective stress signal in neuronal injury

Mitochondrial uncoupling proteins (UCPs) can dissociate oxidative phosphorylation from respiration, and they appear to be critical for energy balance. One of these proteins, UCP2, is also expressed in neurons of subcortical brain regions of healthy subjects. Here, we report on the protective role of UCP2 in brain injury by revealing its early induction after lesions and its inverse relationship with activation of an apoptotic signal, caspase 3, in wild-type and UCP2 overexpressing transgenic mice.     

无创性延迟肢体缺血预适应促进mitoKATP开放减轻大鼠脑缺血/再灌注损伤

目的:探讨无创性延迟肢体缺血预适应(noninvasive delayed limb ischemic preconditioning,NDLIP)促进线粒体ATP敏感性钾通道(mitoK_ATP)开放,发挥脑缺血/再灌注(I/R)损伤神经保护作用的相关机制。方法:健康雄性Wistar大鼠随机分为Sham组、I/R组、NDLIP组和NDLIP+5-HD组,每组12只。缺血1h/再灌注24h后进行神经行为评分,TTC染色法测量脑梗死面积。提取缺血皮层线粒体,检测线粒体膜电位和呼吸链复合体Ⅰ、Ⅱ及Ⅳ的活性。Western blot法检测缺血大脑皮层中Bax、Bcl-2和Caspase 3蛋白的表达。结果:与I/R组相比,NDLIP组神经行为评分明显降低,脑梗死面积明显缩小,NDLIP可对抗脑缺血I/R损伤,发挥神经保护作用。NDLIP组缺血皮层线粒体膜电位的降低幅度较小,线粒体复合体活性明显提高,Bax/Bcl-2比值与Caspase 3蛋白的表达均显著降低,NDLIP可改善I/R后脑组织线粒体功能,抑制I/R后线粒体相关凋亡通路。mitoK_ATP抑制剂5-HD可减弱甚至抵消以上保护作用。结论:NDLIP可能通过促进mitoK_ATP开放而减轻大鼠脑I/R损伤。     

Mitochondrial uncoupling proteins as potential targets for pharmacological agents

It is widely acknowledged that the function of the original uncoupling protein, UCP1, is uncoupling of substrate oxidation from ATP synthesis, and that its physiological purpose is thermogenesis. The mechanisms and physiological functions of the novel uncoupling proteins, identified within the past seven years, are as yet poorly understood. These novel uncoupling proteins are part of a large family comprising approximately 35 mitochondrial anion carrier proteins. UCP2 and UCP3 appear to function in reactive oxygen species handling and/or in fatty acid metabolism; uncoupling might occur secondarily. There is little information on UCP4 and UCP5 (BMCP1), and phylogenetic analyses indicate that they are further removed from UCP1 than mitochondrial anion carrier proteins, and have distinct functions.     

20(S)-人参皂苷Rg_3对脑缺血大鼠脑线粒体损伤的保护作用

目的研究20(S)-人参皂苷Rg3对脑缺血所致大鼠脑线粒体损伤的保护作用,探讨20(S)-人参皂苷Rg3抗缺血性脑中风的机制。方法用栓线法制作大鼠大脑中动脉缺血(MCAO)模型,测定线粒体肿胀度、膜流动性、膜磷脂含量、呼吸功能、线粒体呼吸酶、超氧化物歧化酶(SOD)、丙二醛(MDA)、Ca2+等。结果大鼠MCAO后24 h,脑线粒体损伤明显,表现为肿胀、膜流动性降低,膜磷脂降解、呼吸功能衰减,呼吸酶、SOD活性降低,Ca2+、MDA含量升高;静脉注射20(S)-人参皂苷Rg3(5,10 mg.kg-1)能明显抑制缺血脑线粒体膜流动性的降低,膜磷脂降解,减少脑缺血引起的线粒体肿胀,抑制NADH脱氢酶、琥珀酸脱氢酶和细胞色素C氧化酶活性的降低,改善线粒体呼吸功能;同时20(S)-人参皂苷Rg3能明显降低脑缺血大鼠脑神经细胞线粒体MDA含量、升高SOD活性、抑制Ca2+过多摄入。结论20(S)-人参皂苷Rg3对缺血脑神经细胞线粒体的损伤有明显的保护作用,该作用可能与清除氧自由基、抑制脂质过氧化、拮抗Ca2+有关。     

羟基红花黄色素A对脑缺血所致大鼠脑线粒体损伤的保护作用

目的研究羟基红花黄色素A对脑缺血所致大鼠脑线粒体损伤的保护作用。方法用栓线法制作大鼠大脑中动脉缺血(MCAO)模型，测定线粒体肿胀度、膜流动性、膜磷脂含量、呼吸功能、线粒体呼吸酶、超氧化物歧化酶(SOD)、丙二醛(MDA)、Ca²⁺等。结果羟基红花黄色素A(10，20 mg·kg^-1)能明显抑制缺血脑线粒体膜流动性的降低，膜磷脂降解，减少脑缺血引起的线粒体肿胀，抑制NADH脱氢酶、琥珀酸脱氢酶和细胞色素c氧化酶活性的降低，改善线粒体呼吸功能；同时羟基红花黄色素A能明显降低中风大鼠脑细胞线粒体MDA含量、升高SOD活性、抑制Ca²⁺过多摄入。结论羟基红花黄色素A对缺血脑细胞线粒体的损伤有明显的保护作用，该作用可能与清除氧自由基、抑制脂质过氧化、拮抗Ca²⁺有关。     

Neuroprotective effects of leonurine on ischemia/reperfusion-induced mitochondrial dysfunctions in rat cerebral cortex

Ischemic brain is particularly susceptible to free radicals mediated secondary neuronal damage, especially mitochondrial dysfunctions. Chinese Herbal Medicine with antioxidant properties is believed to have potential therapeutic effect. Leonurine, an alkaloid present in Herba Leonuri (HL), has shown biological effects such as antioxidant, anticoagulant, anti-apoptosis and protection against ischemic heart disease. In this study, neuroprotective effects of leonurine against cerebral ischemia/reperfusion-induced mitochondrial dysfunctions in cortex were evaluated. We used transient rat middle cerebral artery occlusion (MCAO) model of brain ischemia. The rats were treated with their respective treatments for 1 week prior to the MCAO. We found that leonurine significantly improved neurological outcome and reduced ischemia/reperfusion (I/R)-induced cerebral infarction 24 h after MCAO. Leonurine decreased reactive oxygen species (ROS) level in mitochondria isolated from ischemic cortex, which was increased by MCAO. Terminal deoxyuridine triphosphate (dUTP) Nick-End Labeling (TUNEL) staining showed anti-apoptotic effect of leonurine on ischemic cortex. Western blot analysis showed a marked decrease in the expression of Bax and an increase of Bcl-2 as a result of leonurine treatment. The attenuation of mitochondrial membrane swelling, restore of mitochondrial membrane potential and content of cytochrome c (Cyt-C) in mitochondria isolated from ischemic cortex could also be observed in leonurine treated group. The findings of this study suggest that leonurine has promising therapeutic effect for ischemic stroke treatment through antioxidant and anti-apoptotic mechanisms.