抑制p70核糖体s6激酶（s6k1）降低大鼠自闭症-硬纤维瘤模型的皮质血流

抑制p70核糖体S6激酶（S6K1）减少自闭症-结节性硬化症大鼠皮质血流量研究报告

背景介绍

结节性硬化症综合征（TSC）是一种由TSC1或TSC2基因突变引起的遗传性疾病，主要表现为多发性良性肿瘤，包括癫痫、自闭症谱系障碍（ASD）和智力障碍等症状。先前研究显示，TSC与脑血流改变和代谢功能障碍有关。我们曾报告过在Eker大鼠（TSC与自闭症动物模型）中，脑血流显著增加。这些研究表明，通过雷帕霉素（抑制mTOR）的治疗可以恢复正常的氧气消耗和脑血流量。本研究旨在探讨通过抑制mTOR信号通路中的一个关键成分，即p70核糖体S6激酶（S6K1），是否能够产生类似效果。

论文来源

本文的研究由Oak Z. Chi、Xia Liu、Harvey Fortus、Guy Werlen、Estela Jacinto和Harvey R. Weiss 等人完成，作者分别来自于Rutgers Robert Wood Johnson Medical School的不同部门。论文于2024年在《Neuromolecular Medicine》期刊上发表，文章DOI为10.1007/s12017-024-08780-7。

研究流程

实验设计与步骤

研究中使用了两种大鼠模型：长裔大鼠（作为对照组）和Eker大鼠（TSC动物模型）。每种大鼠分别分为两组：一组接受车辆处理（对照组），另一组接受PF-4708671（S6K1抑制剂）的注射处理（剂量为75 mg/kg，持续1小时）。实验流程主要包括以下几个步骤：

1. 动物准备：

   • 大鼠在2%异氟醚气麻醉下进行手术，包括股动脉和股静脉插管。静脉导管用于注射放射性示踪剂，动脉导管连接到STATHAM P23DB传感器和IWORX数据采集系统以监测心率和血压。血液样本用于分析血红蛋白、血气和pH值。
   • 手术完成后，异氟醚浓度降低至1.4%。车辆组注射生理盐水，PF-4708671组注射S6K1抑制剂。

2. 区域脑血流测定：

   • 通过静脉插管向大鼠注射20 μCi的^(14)C-碘安替比林作为示踪剂。随后在60秒内每3秒从股动脉收集10μl的动脉血样。
   • 将大鼠脑部分解冻并切割成四个区域：皮质、海马、小脑和脑桥，进行切片和放射自显影分析，用于脑组织中^(14)C-碘安替比林浓度的测定。

3. Western Blot分析：

   • 提取大鼠脑皮质中的总蛋白质，进行SDS-PAGE电泳分离并转移到PVDF膜上，通过免疫印迹法检测特定蛋白质和它们的磷酸化状态。

4. 数据分析与统计学处理：

   • 采用ANOVA和Tukey事后测试分析不同处理组之间的差异，统计学显著性设定为P < 0.05。

主要研究结果

1. 脑血流测定结果：

   • 基础条件下，Eker大鼠的皮质和海马血流量显著高于长裔大鼠（分别高出32%和15%）。
   • PF-4708671处理显著降低了Eker大鼠的皮质和海马区的血流量，但对小脑和脑桥区无显著影响。对照组长裔大鼠中无显著血流变化。

2. 蛋白质磷酸化水平：

   • Eker大鼠皮质中S6K1靶向位点(S6的Ser240/244)的磷酸化水平有所增加，但未达到统计学显著性。PF-4708671处理后，Eker大鼠中S6-S240/244磷酸化水平降低，但同样未达到统计学显著。
   • 招致对比，Eker大鼠中Akt的Ser473位点磷酸化水平较长裔大鼠降低，且PF-4708671处理对该磷酸化水平有适度且统计学显著的负面影响。

研究结论

该研究发现，S6K1抑制剂PF-4708671能有效降低自闭症-结节性硬化症大鼠（Eker大鼠）的皮质和海马的脑血流量。此效应依赖于抑制mTOR信号通路的适度作用。虽然对于S6的磷酸化抑制未达到统计学显著，但Akt磷酸化的显著降低可能是其机理之一。

研究价值与意义

本研究表明，适度抑制S6K1可以在一定程度上恢复TSC动物模型中的正常脑血流量，为结节性硬化症和自闭症谱系障碍的潜在治疗提供了新的思路。与雷帕霉素的广泛抑制作用不同，S6K1特异性抑制剂可能具有较低的副作用，从而在临床应用中具有更大的潜力。

研究亮点

• 首次展示了通过特定的S6K1抑制剂（PF-4708671）能够显著降低TSC动物模型皮质和海马的脑血流量。
• 提出了一种可能具有更少副作用的治疗策略，有望用于减轻TSC相关的神经病理症状，如癫痫和ASD。
• 提供了新的机制见解，表明适度抑制mTOR信号通路可能在调节脑血流和代谢功能中发挥重要作用。

这项研究为未来临床应用S6K1抑制剂用于治疗结节性硬化症和自闭症谱系障碍提供了有价值的数据支持。