HO-1在創傷性腦外傷保護作用之細胞與分子機制探討

腦外傷 (Traumatic brain injury; TBI)為一常見的腦部傷害疾病，在科技發達的國 家中TBI 病人有增加的趨勢，而且是造成年輕人死亡的主因之一。TBI 會造成大 量glutamate 外流，近一步活化glutamate receptors 與誘導神經細胞死亡。 Glutamate receptors 可大略分為AMPA (α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic acid) receptors 與 NMDA (N-methyl-D-aspartic acid) receptors。AMPA receptors 在TBI 上扮演重要之角色， 在cortical neurons 上TBI 會增加細胞內Ca+2 來刺激AMPA receptors 活化神經興 奮，進一步誘導一些發炎物質如TNFα與glutamate 產生。在動物實驗上發現TBI 會增加AMPA receptors 表現量上之增加，這些成果顯示AMPA receptors 活化在 TBI 造成神經細胞死亡中扮演重要角色，因此研究如何保護AMPA receptors 活 化造成神經細胞死亡為未來在減輕TBI 造成傷害方面是一重要之主題。Heme oxygenase-1 (HO-1)為一種小分子量的heat shock protein (HSP32)，其分子量為32 kDa，在外來刺激下HO-1 基因都能被大量活化，活化HO-1 能將heme 代謝產生 一氧化碳 (CO)、biliverdin 與鐵。先前研究指出HO-1 大量表現能有效保護細胞 與組織的傷害，在動物實驗中發現HO-1 降低器官移植與發炎所造成之死亡。我 們先前研究指出誘導HO-1 基因表現能有效抑制LPS or LTA 誘導之iNOS/NO 產 生，在glial 細胞C6 誘導HO-1 能保護細胞免於ROS 與Anoxia 誘導的細胞凋亡。 我們最近研究近一步發現HO-1 具有抑制乳癌細胞轉移之活性，其機轉與抑制細 胞內MAPKs 活化有關。這些成果顯示HO-1 在細胞保護、抗發炎與抑制腫瘤轉 移上具有效活性，然而關於HO-1 在TBI 之角色目前尚未明白。在本計劃中，擬 探討HO-1 在AMPA receptors 活化誘導神經細胞凋亡之保護活性，釐清 ROS-MAPKs-AP-1/NFkB 在HO-1 保護AMPA receptors 活化誘導細胞凋亡之角 色。Immortalized 神經相關細胞如C6 glia cells、PC12 neural cells 與primary neuronal cells 將用於目前計劃中來研究AMPA receptors 活化造成細胞凋亡之機 轉與HO-1 活化之保護活性，進一步分HO-1 在保護TBI 誘導老鼠神經凋亡之活 性。研究計畫中擬執行目標如下: Specific Aim I (1st year): To investigate the protective activity of HO-1 against AMPA-induced neuronal apoptosis Hypothesis 1: HO-1 induction protects cells from AMPA-induced apoptosis Specific Aim II (2nd year): To investigate the contributions of HO-1 byproducts including CO, biliverdin, and iron on HO-1 against AMPA-induced neuronal apoptosis Hypothesis II: HO-1 protects cells from AMPA/CYZ-induced apoptosis through stimulating its byproducts production Specific Aim III (3rd year): To investigate the vivo protective effect of HO-1 and its byproducts against TBI-induced neuronal death in mice Hypothesis III: HO-1 and its byproducts protect TBI-induced neuronal death in vivo