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突出退化是很多神经退行性疾病的早期病理性过程,线粒体与突出退化又有着紧密的联系。本文分成两个部分分别从两个方面研究线粒体和神经退化的关系:内质网-线粒体复合体和线粒体DNA(mtDNA)缺失对神经退化的影响。第一部分中,我们研究了 2A型腓骨肌萎缩症(CMT2A),一种由于线粒体融合蛋白2(MFN2)突变造成的遗传性神经退行性疾病,CMT2A的一个显著临床特征是运动神经元的退化,然而这种MFN2-线粒体-神经退化的具体机制还不清楚,因此利用体外分化体系建立的CMT2A疾病模型发现了内质网-线粒体复合体,并且通过人工接头蛋白研究了该复合体结构在神经退化中的作用。在这部分的研究中,我们将CMT2A病人的皮肤成纤维细胞重编程成为诱导多能干细胞,再诱导分化成为神经元细胞或者定向分化为运动神经元细胞。病人的神经元相对于正常神经元出现了退化的特征,在线粒体水平发生了 Ca2+浓度的异常升高,mPTP的开放和运动能力的下降,在结构上线粒体与重塑后片段化的内质网出现了耦合:内质网-线粒体复合体的结构。在体外和体内的神经退化诱导模型中,我们也发现了这种复合体的存在、内质网的片段化和线粒体功能的异常。进一步研究发现形成内质网-线粒体耦合复合体的作用是介导Ca2+从内质网向线粒体的传递。这种神经退化和内质网片段化的进程是线粒体电势依赖的,因为通过解偶联剂降低线粒体的电势能抑制上述进程,另外IP3R抑制剂Xestospongin C或者线粒体转运体抑制剂Ru360对于上述进程也有抑制作用。机制方面,通过表达人工内质网-线粒体接头蛋白拉近内质网和线粒体的距离并不能导致神经退化,但是拉近距离后在激光切断诱导的神经退化模型中加速了退化的进程。在表达接头蛋白的基础上加入内质网Ca2+释放剂TG也会导致神经退化和线粒体功能的异常。总之,通过诱导多能干细胞的CMT2A疾病模型,体外诱导神经退化模型和人工接头蛋白的研究,揭示了 CMT2A的神经退化机制,阐明了内质网-线粒体复合体在神经退化中的作用:介导内质网的Ca2+向线粒体转运,是这几种神经退化的共同机制。在第二部分中,探讨了通过表达U12.5建立的mtDNA缺失的rho0神经元模型,研究mtDNA缺失对神经退化的影响。在本部分的研究中通过在体外诱导分化的神经元中表达病毒来源的UL12.5蛋白,其可以定位于线粒体并降解mtDNA,构建出rho0的神经元模型。在此基础上发现内质网的Ca2+通道蛋白RyR1上调、胞质Ca2+浓度升高、ROS水平增加,线粒体方面Ca2+浓度虽处于正常水平但是更易于诱导升高、mPTP开放、电势正常但是能够被oligomycin诱导下降、线粒体运动不受影响,功能方面代谢发生了氧化磷酸化向糖酵解的转换、电生理活性降低。Rho0神经元本身不发生退化,而在2-DG模拟的卡路里限制条件下出现了严重的突出退化和神经凋亡。在POLG突变来源的小鼠模型(带有大量的mtDNA突变)中,卡路里限制会使得运动不耐受更加严重。总之本部分首次在体外构建了 rho0神经元模型,并在此基础上进行了系统的研究,发现卡路里限制诱导的退化,动物实验进一步证明了卡路里限制不利于mtDNA突变的小鼠,提示其可能也并不适合带有mtDNA突变的病人。