HK2介导的葡萄糖代谢通路在脑内小胶质细胞发育和功能塑型中的作用
批准号:
32070974
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
高志华
依托单位:
学科分类:
发育与衰老神经生物学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
高志华
中文摘要
小胶质细胞(microglia, MG)在病灶周围的扩增聚集是多种脑病变中的病理特征,解析其机制对理解和干预疾病进程至关重要。MG源自卵黄囊的原始巨噬细胞,发育早期入脑,在胚胎和新生期迅速增殖,但MG的发育扩增机制不明。项目组以细胞代谢为切入点,通过大数据分析发现,糖代谢关键酶-II型己糖激酶(HK2)特异性表达于MG,在出生后MG富集,在成熟MG下调。利用条件性基因敲除小鼠,项目组发现新生期敲除HK2显著减少脑内MG数量、抑制MG增殖;而成年敲除HK2则无明显影响,提示HK2选择性调控MG的增殖与发育。项目将结合代谢组与高通量测序技术,探究HK2在MG增殖、成熟、吞噬和免疫反应中的作用,解析HK2介导的代谢通路在MG发育和功能塑型中的作用;以急性脑缺血损伤为模型,探究HK2对病变时MG增殖及神经炎症的作用,为解析和干预相关疾病的发病机理提供新的理论基础和分子靶点。
英文摘要
Microglia originate from the primitive macrophages in the yolk sac. They invade the brain at early embryonic stages and rapidly populate the whole brain during development. Microglia reaches the maximal number at postnatal week 2; however, mechanisms underlying the development correlated rapid microglial proliferation remain unknown. We have used high throughput data analysis to examine potential roles of metabolic control in microglial expansion. We found that microglia specifically express the key glycolytic enzyme, hexokinase II (HK2). HK2 is enriched in immature or activated microglia but reduced in mature adult microglia. Selective ablation of HK2 in microglia at postnatal stages substantially attenuated the proliferative capacity of microglia and reduced the number of microglia. However, deletion of HK2 at adult stages had no effects on microglia, suggesting that HK2 may specifically regulate postnatal microglia proliferation during development. Taking advantage of newly-developed cutting-edge techniques, we aim to further unravel the roles of HK2 in microglial proliferation, maturation phagocytosis and immunoresponses, and to illustrate the role of HK2-mediated glucose metabolism in development and functional plasticity of microglia. Since microglia population and clustering are hallmarks of multiple acute brain diseases and injuries, we will set up photo thrombosis-induced acute ischemia models in the mouse brain to further explore the role of HK2 in microglia proliferation and microglia-mediated neuroinflammation under pathological conditions. Our study will provide new insights for understanding the microglial development from a cellular metabolic perspective and present evidence for potential molecular targets for manipulating microglia expansion-related diseases.
本研究发现小胶质细胞特异高表达HK2,并且通过建立HK2基因敲除小鼠模型,结合代谢组学、RNA测序、脑缺血模型及行为学实验,系统分析了HK2介导的糖代谢通路在小胶质细胞生理功能及小鼠发育和脑缺血疾病中的作用及其调控机制,深入探索HK2介导的葡萄糖代谢在小胶质细胞发育和及其功能塑型过程中的作用与调控机制,并进一步探究其在脑缺血后小胶质细胞增殖以及修复过程中的作用和疾病联系。.本研究发现,HK2有效介导小胶质细胞的葡萄糖代谢、吞噬、迁移及炎症响应功能。并且HK2在新生小胶质细胞中高表达,并通过促进糖酵解途径满足其快速增殖的能量需求。HK2敲除显著降低小胶质细胞的增殖能力,并导致细胞形态发育受阻。RNA测序结果显示,HK2敲除后小胶质细胞中多条与能量代谢和细胞周期相关的通路显著受损。并且影响小鼠的髓鞘发育。此外,在脑缺血模型中,HK2敲除显著抑制小胶质细胞的增殖,但促进了炎症水平,延缓了脑组织的修复和功能恢复,提示HK2在神经发育及神经疾病病理中的重要作用。.本研究首次揭示了糖代谢关键酶HK2在小胶质细胞生理功能、发育及疾病中的核心作用,阐明了其通过代谢重编程调控小胶质细胞神经免疫的作用。研究成果不仅为理解小胶质细胞在神经系统中的功能提供了新视角,还为开发针对HK2的小分子药物干预提供了理论依据。.本项目发表SCI论文5篇,其中研究性论文4篇,综述1篇;培养博士研究生5名,博士后3名,建立了小胶质细胞代谢分析技术和脑缺血模型,为相关领域研究奠定了坚实基础,具有良好的学术价值。
小胶质细胞在全身麻醉中的作用与机制研究
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批准号:32371003
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项目类别:面上项目
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资助金额:50万元
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批准年份:2023
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负责人:高志华
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依托单位:
糖代谢重编程在小胶质细胞持续活化中的作用和调控机制研究
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批准号:31671057
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项目类别:面上项目
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资助金额:62.0万元
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批准年份:2016
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负责人:高志华
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依托单位:
活化小胶质细胞转变ATP趋向性的分子机制研究
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批准号:31471308
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项目类别:面上项目
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资助金额:85.0万元
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批准年份:2014
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负责人:高志华
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依托单位:
Disabled-1可变性剪接在调控Reelin信号通路和神经元迁移中的分子研究
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批准号:31300905
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:28.0万元
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批准年份:2013
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负责人:高志华
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依托单位:
国内基金
海外基金