Mechanisms and Interventions for Methamphetamine and HIV-1 Induced CNS Injury

甲基苯丙胺和 HIV-1 引起的中枢神经系统损伤的机制和干预措施

基本信息

  • 批准号:
    8448346
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 37.54万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2009
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2009-04-01 至 2015-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

ABSTRACT: Methamphetamine (METH), an addictive stimulant has long lasting toxic effects on the central nervous system (CNS). Clinical studies indicated that METH dependence has an additive effect on neuropsychological deficits associated with HIV-1 infection. Oxidative stress, excitotoxicity, BBB impairment and glial cell activation, all have been independently implicated in the mechanisms of METH- and HIV-1-associated neurotoxicity. This proposal will investigate specific mechanisms operative in HIV-1 CNS infection and METH abuse that lead to an overall increase in oxidative stress and NF-kB signaling resulting in impairment of astrocytes and endothelial cell function. We propose that METH-mediated oxidative stress in astrocytes leads to a down regulation exitotoxic amino acid transporter (EAAT) -2, the primary astrocyte glutamate scavenger, while in endothelial cells, such an increase in oxidative stress results in loss of BBB integrity. Indeed, our preliminary data suggest that METH exposure caused ROS generation in astrocytes and human primary BMVEC, diminished EAAT-2 expression, in astrocytes, decreased BBB integrity in vitro that was restored by antioxidant treatment, caused decreased expression/re-distribution of tight junction proteins, enhanced adhesion and migration of monocytes across endothelial monolayers and activated small GTPases in BMVEC that were previously implicated in the BBB injury during HIV-1 encephalitis (HIVE). New preliminary data demonstrated increased permeability of BBB in vivo in animals exposed to METH that was prevented by antioxidant treatment. This proposal will investigate a novel concept of mechanistic commonality, i.e. METH-mediated oxidative stress exerts its cell-specific effects in astrocytes and endothelial cells aggravating injury caused by HIV-1 CNS infection and delineate therapeutic options for these targets using in vivo studies. Using a combination of in vitro assays and METH/HIVE animal model, we will address the following questions: What is the role(s) of enhanced reactive oxygen species, ROS production and NF-kB signaling in diminished expression/function of EAAT-2 in astrocytes? (Aim 1) What are underlying mechanisms of BBB dysfunction and enhanced monocyte adhesion/migration across brain endothelium (via oxidative stress, interference with NF-kB and GTPase signaling)? (Aim 2); and Can therapeutics decreasing oxidative stress and normalizing EAAT-2 function ameliorate BBB dysfunction and neurotoxicity in an animal model for HIVE and METH abuse? (Aim 3) We will address these questions utilizing primary human astrocytes and brain microvascular cells, in vitro BBB models and evaluate combined effects of METH and HIV-1 relevant stimuli on EAAT-2 and BBB function. Antioxidants and specific signaling inhibitors will be utilized to delineate pathways involved in these effects. Our HIVE animal model will be employed to investigate the biological outcomes of these cell-specific mechanisms in cognitive function, BBB damage and neurotoxicity. We believe that the proposed works are highly significant, as they will uncover novel mechanisms involved in the combined effects of HIV-1 and METH in the CNS and propose therapeutic approaches based on these investigations.
抽象的: 甲基苯丙胺 (METH) 是一种成瘾兴奋剂,对中枢神经系统具有长期持续的毒性作用 (中枢神经系统)。临床研究表明,冰毒依赖对神经心理缺陷有累加效应 与 HIV-1 感染有关。氧化应激、兴奋性毒性、血脑屏障损伤和神经胶质细胞活化,所有这些 已独立涉及 METH 和 HIV-1 相关神经毒性的机制。这 该提案将调查 HIV-1 中枢神经系统感染和冰毒滥用的具体机制,这些机制会导致 氧化应激和 NF-kB 信号传导全面增加,导致星形胶质细胞受损 内皮细胞功能。我们认为,冰毒介导的星形胶质细胞氧化应激会导致星形胶质细胞下降 调节兴奋性氨基酸转运蛋白(EAAT)-2,主要的星形胶质细胞谷氨酸清除剂,而在 内皮细胞中,氧化应激的增加会导致血脑屏障完整性的丧失。确实,我们的初步 数据表明,冰毒暴露导致星形胶质细胞和人原代 BMVEC 中产生 ROS, 星形胶质细胞中 EAAT-2 表达减少,体外血脑屏障完整性降低,抗氧化剂可恢复该完整性 治疗,导致紧密连接蛋白的表达/重新分布减少,增强粘附和 单核细胞跨内皮单层迁移并激活 BMVEC 中的小 GTP 酶 先前与 HIV-1 脑炎 (HIVE) 期间的 BBB 损伤有关。新的初步数据显示 接触冰毒的动物体内血脑屏障通透性增加,而抗氧化剂可以阻止这种情况 治疗。该提案将研究机械共性的新概念,即冰毒介导的 氧化应激对星形胶质细胞和内皮细胞发挥细胞特异性作用,加重损伤 由 HIV-1 CNS 感染引起的,并利用体内研究确定这些目标的治疗方案 研究。 结合使用体外测定和 METH/HIVE 动物模型,我们将解决以下问题 问题:增强的活性氧、ROS 产生和 NF-kB 信号传导在 星形胶质细胞中 EAAT-2 的表达/功能减弱? (目标1)BBB的底层机制是什么 功能障碍和增强的单核细胞粘附/跨脑内皮迁移(通过氧化应激, 干扰 NF-kB 和 GTPase 信号传导)? (目标 2);可以减少氧化应激的疗法 使 EAAT-2 功能正常化可改善 HIVE 动物模型中的 BBB 功能障碍和神经毒性 和冰毒滥用? (目标 3)我们将利用原代人星形胶质细胞和大脑来解决这些问题 微血管细胞、体外 BBB 模型并评估 METH 和 HIV-1 相关刺激对 EAAT-2和BBB功能。抗氧化剂和特定信号抑制剂将用于描绘途径 参与这些影响。我们的 HIVE 动物模型将用于研究 这些细胞特异性机制涉及认知功能、血脑屏障损伤和神经毒性。我们相信 拟议的工作非常重要,因为它们将揭示涉及综合效应的新机制 HIV-1 和 METH 在中枢神经系统中的作用,并根据这些研究提出治疗方法。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
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专利数量(0)
HIV-1, methamphetamine and astrocyte glutamate regulation: combined excitotoxic implications for neuro-AIDS.
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  • 发表时间:
    2012-07
  • 期刊:
  • 影响因子:
    1
  • 作者:
    Cisneros IE;Ghorpade A
  • 通讯作者:
    Ghorpade A
Methamphetamine and HIV-1-induced neurotoxicity: role of trace amine associated receptor 1 cAMP signaling in astrocytes.
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Cisneros IE;Ghorpade A
  • 通讯作者:
    Ghorpade A
Cytosolic phospholipase A2 regulates alcohol-mediated astrocyte inflammatory responses in HIV-associated neurocognitive disorders.
  • DOI:
    10.1038/cddiscovery.2015.45
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
  • 影响因子:
    7
  • 作者:
    Pandey R;Ghorpade A
  • 通讯作者:
    Ghorpade A
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