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神经管畸形(Neural tube defects,NTDs)是中枢神经系统最为常见的先天畸形,全世界范围内的发病率为0.05%-0.2%,严重影响患儿的生理发育和生活质量,其发生机制尚未阐明。研究发现,肌醇(Inositol)是维生素B族物质,参与了人体许多重要物质的合成和代谢,在胚胎发育,尤其是神经管发育过程中至关重要,与NTDs的发生密切相关。在前期已建立的人类NTDs样本库及血浆肌醇检测方法-气相色谱质谱联用技术(GC-MS)基础上,随机选出NTDs胎儿及正常胎儿样本作为实验组及对照组。利用蛋白质芯片技术及生物信息学方法对两组神经组织蛋白质磷酸化的水平进行检测,筛选出72个磷酸化水平差异显著的蛋白,经KEGG分析,覆盖了56个pathway,其中PI3K/Akt信号通路相关蛋白磷酸化水平变化显著。为进一步研究肌醇代谢紊乱是否经PI3K/Akt信号通路影响NTDs发生,本课题在已建立的肌醇代谢紊乱NTDs小鼠动物模型基础上,收集NTDs和正常小鼠胚胎及母体血样、组织样本,采用体视显微镜及苏木精-伊红染色法(HE染色)方法判定小鼠胚胎表型的正常与否,利用实时荧光定量(Real-time PCR)及免疫印迹技术(Western blotting)等对芯片检测出的磷酸化水平差异明显的蛋白质及相关基因进行了验证,发现PI3K/Akt信号通路相关基因,PIK3CA、GSK3β转录水平NTDs神经组织中显著高于正常对照组(P<0.05),PTEN转录水平明显低于对照组(P<0.05)、而INPP5E、Akt1基因的转录水平无明显变化(P>0.05);Akt1(Ser473)、Akt1(Thr450)及GSK3β(Ser9)等蛋白质的磷酸化水平,在肌醇缺乏人类及小鼠肌醇代谢障碍动物模型NTDs神经组织样本中的表达,与芯片检测结果相一致。本实验进一步采用原代培养的小鼠胚胎成纤维细胞(MEFs)模型,用PI3K/Akt通路抑制剂(LY294002)及肌醇代谢关键酶(IMPase)的抑制剂(Li2CO3)处理细胞,使细胞处于肌醇代谢紊乱状态,采用流式细胞技术检测细胞周期及凋亡情况,发现肌醇代谢紊乱状态下抑制PI3K/Akt通路活性可以有效诱导G1期的阻滞抑制细胞增殖同时也可以诱导细胞凋亡,细胞增殖、凋亡的平衡状态被打破。以上结果表明,肌醇代谢紊乱状态下PI3K/Akt信号通路可能通过调控下游蛋白如GSK3β的磷酸化水平,引起细胞周期与凋亡的变化,从而影响神经管的形成,导致NTDs的发生,为进一步从肌醇营养物角度阐明NTDs发生的分子机制,并为NTDs的防治提供新的思路和方向。