亲环素A对抗β淀粉样蛋白所致神经毒性及机制的研究

发布时间：2020-03-31 09:22

【摘要】： 目的 阿尔茨海默病(Alzheimer's disease,AD)是一种常见的中枢神经系统变性疾病,AD临床上表现为不可逆进行性发展的记忆减退、认知、语言障碍及人格的改变等。大量研究发现,AD的主要病理特征是全脑萎缩,脑细胞外出现大量的老年斑(senile plaque,SP),细胞内神经元纤维缠结(neurofibrillary tangles,NFT),以及以海马皮层区域为主的神经元大量丢失。β淀粉样蛋白(β-amyloid protein,Aβ)是老年斑的主要成分,且Aβ已经成为AD发病过程中的一个重要因素。体内外实验均显示了Aβ可以直接引起神经细胞的凋亡和死亡,但Aβ诱导神经毒性的机制是复杂的。近年来的研究发现,Aβ可以通过多种不同的途径诱导活性氧产生,产生过多的自由基,引起细胞的氧化应激损伤。已有研究显示,氧化应激反应可以通过一系列的分子机制引起和促进神经元变性并导致神经元丢失,这在Aβ介导的神经毒性过程中起到重要作用。Aβ通过氧化应激反应生成大量的活性氧进一步增加细胞的易损性,从而增加了细胞凋亡的发生。 亲环素A(cyclophilin A,CyPA)是亲环素家族成员之一,具有肽脯氨酰顺反异构酶(peptidyl-prolyl cis-trans isomerase,PPIase)活性,它的分子量为18000,也称CyP18。CyPA主要存在于细胞质中,也可出现在细胞核以及细胞外。它是一种高度保守的蛋白质,从低等原核生物到哺乳动物都有这种蛋白,并且广泛分布于许多组织。在脑组织中CyPA高度表达,主要定位于神经元。它参与神经元分化以及成年皮质可塑性,同时过表达CyPA可以增加人胚胎脑细胞的生长率。近年来研究发现,神经细胞以及其他组织细胞遭受氧化应激以及缺血缺氧等损伤时,细胞内的CyPA表达明显升高。此外,细胞内过表达CyPA以及应用外源性的CyPA可以保护神经元抵抗氧化应激以及缺血缺氧等损伤,而降低了细胞内CyPA的表达使细胞更易遭受有害物质的损伤。由此可见,一方面,细胞损伤后CyPA表达升高是一种内源性的保护机制,参与细胞损伤的应答;另一方面,过表达CyPA以及外源性的CypA可以保护细胞,抵抗氧化应激等不良因素造成的损伤,也说明CyPA具有抗氧化的作用。 本研究应用Aβ_(25-35)注入大鼠双侧海马组织建立AD的动物模型以及应用Aβ_(25-35)干预PC12细胞建立细胞模型并用CypA进行预处理。一方面观察Aβ_(25-35)注入大鼠海马组织后,所引起的大鼠海马组织的形态和CA1区神经元数量的变化和细胞凋亡情况,并观察海马组织中CypA的mRNA和蛋白表达的变化;另一方面观察CyPA对Aβ_(25-35)诱导PC12细胞的存活率、细胞形态和凋亡率的影响,以及对线粒体跨膜电位,细胞内ROS水平,细胞的SOD和GSH-Px的活性、凋亡相关基因Bcl-2、Bax和p53及p38MAPK通路的的影响。 方法 动物实验:取健康的Wistar大鼠60只,随即分为实验组和对照组。每组又按注液后1d,7d和14d分为3个亚组,每组10只。采用双侧海马立体定位注射的方法建立动物模型,实验组每侧海马注射2μl(10μg)Aβ_(25-35)(Aβ_(25-35)临用前于37℃放置2d使其凝聚),对照组在海马内注射等量的生理盐水。取各个组其中5只大鼠,于注射后1d,7d和14d相应时间点,进行脑灌流固定,分别进行HE染色,Nissel染色和TUNEL染色。取各个组另外5只大鼠,于注射后1d,7d和14d相应时间点,快速取出大脑,分离双侧海马组织,-70℃冰箱保存待进行CyPA的PT-PCR和Western Blot检测。 培养细胞:将培养的PC12细胞,用不同终浓度的CyPA(0.1、1、10和100nmol/L)处理30min,再加入10μmol/L的Aβ_(25-35)(Aβ_(25-35)临用前于37℃放置2d使其凝聚)继续培养。每次实验均分为正常对照组(0μmol/L Aβ_(25-35))、处理组(10μmol/L Aβ_(25-35))和药物保护组(CyPA+Aβ_(25-35))。加入Aβ_(25-35)48小时后,各组采用MTT法检测细胞的存活率,HE染色观察细胞形态,PI单染后流式细胞仪检测凋亡,Hoechst33258荧光染色观察凋亡,RT-PCR和Western Blot的方法检测Bcl-2、Bax和p53基因的mRNA和蛋白的表达。加入Aβ_(25-35)24小时后,各组采用Rh123荧光染色观察线粒体跨膜电位改变并用流式细胞仪进行定量分析,采用DCF-DA荧光染色观察细胞内ROS的水平并用流式细胞仪进行定量分析,检测细胞内抗氧化酶SOD和GSH-Px的活性,以及Western Blot检测p38MAPK和p-p38MAPK蛋白的表达观察p38MAPK通路的活化情况。 结果 1、大鼠海马HE染色结果 对照组各亚组大鼠海马CA1区细胞带完整,未见明显的神经元缺失,细胞排列有序,未见明显的小胶质细胞增生。实验组1d亚组大鼠海马CA1区较对照组神经细胞略减少,细胞排列略有改变;实验组7d亚组大鼠海马CA1区较对照组神经细胞减少明显,细胞排列紊乱;实验组14d亚组大鼠较7d亚组上述表现更为明显。 2、大鼠海马Nissel染色结果 对照组各亚组大鼠海马CA1区细胞带无明显受损,神经细胞密集,排列完整。实验组1d亚组大鼠海马CA1区较对照组神经细胞排列不整齐,细胞有所减少;实验组7d亚组大鼠海马CA1区较对照组神经细胞排列紊乱,细胞带结构丧失,细胞减少明显;实验组14d亚组大鼠较7d亚组上述表现更为明显。 3、大鼠海马TUNEL染色结果 对照组各亚组大鼠海马CA1区几乎未见TUNEL染色阳性细胞。实验组1d亚组凋亡细胞数较少,实验组7d,14d亚组凋亡细胞明显增多,且随时间延长,凋亡数逐渐增多,3个亚组凋亡细胞较对照组均有显著性差异。 4、大鼠海马CyPA的mRNA和蛋白的表达情况 对照组各亚组大鼠海马均有CyPA的mRNA和蛋白的表达,各组之间没有明显差异。实验组1d亚组的CyPA的mRNA和蛋白的表达明显增高与对照组相比具有显著性差异;实验组7d亚组的CyPAmRNA和蛋白的表达较实验组1d亚组有所下降,但是仍然高于对照组,与对照组相比具有显著性差异;实验组14d亚组的CyPA的mRNA和蛋白的表达进一步下降,且低于对照组,CyPA的mRNA的表达较对照组没有显著差异,但是蛋白的表达较对照组有显著差异。 5、MTT检测细胞存活率 Aβ_(25-35)处理组细胞存活率较正常对照组明显降低,而药物保护组与Aβ_(25-35)处理组相比能明显提高的细胞存活率,除0.1nmol/L的CyPA的作用不明显,其余各组细胞存活率均明显提高,具有浓度依赖性。 6、细胞的HE染色结果 正常PC12细胞胞体饱满,细胞间联系紧密,胞核蓝紫色,Aβ_(25-35)处理组的细胞数量减少,胞浆皱缩或饱涨,胞质浓缩,核固缩或碎裂,呈蓝黑色,10和100nmol/L的CyPA预处理组的大多数细胞形态接近正常。 7、PI单染后流式细胞仪检测凋亡的结果 正常对照组有少量的细胞凋亡,Aβ_(25-35)处理组细胞凋亡率明显增加,药物保护组中1、10和100nmol/L的CyPA明显降低了细胞的凋亡率,而0.1nmoI/L的CyPA几乎不起作用。 8、Hoechst33258染色结果 正常对照组细胞核呈现弥散均匀的蓝色荧光;Aβ_(25-35)处理组可见明显的细胞凋亡,呈现高亮蓝色浓染致密的颗粒块状荧光,细胞核明显固缩、凝聚和断裂;除了0.1nmol/L的CyPA组以外,其余各CyPA预处理组的凋亡的细胞明显减少。 9、线粒体跨膜电位的检测结果 Aβ_(25-35)处理组细胞线粒体跨膜电位较正常对照组明显降低,表现为细胞的荧光强度降低,1、10和100nmol/L的CyPA处理组较Aβ_(25-35)处理组明显提高了细胞线粒体跨膜电位,而0.1 nmol/L的CyPA作用不显著。 10、细胞内活性氧的检测结果 Aβ_(25-35)处理组细胞内ROS水平较正常对照组明显升高,表现为细胞的荧光强度增强,1、10和100nmol/L的CyPA处理组明显抑制了Aβ_(25-35)诱导的细胞内ROS的增多,而0.1 nmol/L的CyPA不起作用。 11、SOD和GSH-Px活性的检测结果 Aβ_(25-35)处理组细胞内SOD和GSH-Px活性较正常对照组明显降低,10和100nmol/L的CyPA处理组明显提高了细胞SOD和GSH-Px活性,较Aβ_(25-35)处理组有显著性差异,1 nmol/L的CyPA处理组SOD活性较Aβ_(25-35)处理组没有显著性差异,但是GSH-Px活性较Aβ_(25-35)处理组有显著性差异,而0.1 nmol/L的CyPA几乎不起作用。 12、Bcl-2和Bax基因mRNA和蛋白表达结果 Aβ_(25-35)处理组Bcl-2基因的mRNA和蛋白表达较正常对照组明显减少,Bax基因的mRNA和蛋白表达明显增加。除0.1nmol/L的CyPA处理组外,其余各CyPA处理组Bcl-2基因的mRNA和蛋白表达较Aβ_(25-35)处理组明显增加,Bax基因的mRNA和蛋白表达较Aβ_(25-35)处理组明显减少,呈剂量依赖性。 Aβ_(25-35)处理组Bcl-2和Bax基因mRNA和蛋白比值较正常对照组明显减低,CyPA处理后,除0.1nmol/L的CyPA处理组外,其余各组的比值均明显增高,呈剂量依赖性。 13、p53基因的的mRNA和蛋白表达结果 Aβ_(25-35)处理组p53基因的mRNA和蛋白表达明显增加。除0.1nmol/L的CyPA处理组外,其余各CyPA处理组p53基因的mRNA和蛋白表达较Aβ_(25-35)处理组明显减少,呈剂量依赖性。 14、p38MAPK通路活化情况 正常对照组未见p38MAPK通路活化,Aβ_(25-35)处理后p38MAPK通路明显活化,1、10和100nmol/L的CyPA可以抑制Aβ_(25-35)诱导的p38MAPK通路活化,而0.1 nmol/L的CyPA未见明显作用。 结论 1、在大鼠海马部位立体定位注射Aβ_(25-35)后,引起海马神经元受损并且导致凋亡,随时间延长,损伤增强。 2、在大鼠海马部位立体定位注射Aβ_(25-35)后,引起海马组织的CyPAmRNA和CyPA蛋白水平表达改变,早期增加,但随时间延长,表达逐渐减少。 3、CypA可以通过抵抗诱导的PC12细胞线粒体跨膜电位的降低,ROS生成增加和SOD和GSH-Px的活性降低保护细胞,提高PC12细胞存活率,降低凋亡率。 4、CypA可以通过抵抗Aβ_(25-35)诱导的PC12细胞Bcl-2mRNA和蛋白减低,Bax和p53的mRNA和蛋白减低以及抑制p38MAPK通路的活化参与细胞保护,减少凋亡。
【图文】：

1(l7d14d各时间点大鼠海马CyPAmRNA表达的变化(相对值)组相比P<0.05七stemBlot检测ld，7d和14d3个亚组的大鼠海马的cyPA蛋白表达没有显著性差组CyPA蛋白表达明显高于对照组(尸<0.05);实验组7d亚组c明显高于对照组(p<0.05)，但是较实验组ld亚组cy队蛋白表验组14d亚组的cy队蛋白表达低于对照组，，并且具有统计学意见表4，图8、9。各时间点大鼠海马CyPA蛋白表达的变化(相对值)CyPA/p一actin

、洲、‘一、CyPA自践如喊扣卜!妇峡闷喊户喊，一:cth、图8，研触 stblot对照组ld实验组ld检测各时间点大鼠海马CyPA蛋白的表达B对照组7dC对照组14dE实验组7dF实验组14dDA’ ’’’’’_…一_一….…… … 奏奏奏 奏奏奏奏 奏 蒙蒙蒙 蒙蒙 蒙 蒙蒙蒙蒙 摹 摹 摹摹 摹 摹摹摹摹摹摹田对照组口实验组籍玛贫u叫1韶l公、dy卜O1d7d14d图9，各时间点大鼠海马CyPA蛋白表达的变化(相对值)*与对照组相比尸<0.05讨论阿尔茨海默病又称为早老性痴呆，是一种中枢神经系统原发性退行性疾病。在西方发达国家，由AD导致的痴呆在老年痴呆病人中约占57%，严重威胁人类健康，我国流行病学调查也得到了类似的结果l9]。AD患者的主要病理特征之一是在大脑皮层和海马出现大量的老年斑，其主要成分是Ap。1992年Handy等提出的“瀑布假说”(Cascade场pothesis)为Ap毒性学说奠定了理论基础
【学位授予单位】：中国医科大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：R749.16;R96

【参考文献】

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1 张振馨,ZahnerGE,RomanGC,刘君,洪震,屈秋民,刘协和,张晓君,周玢,武成斌,唐牟尼,洪霞,李辉;中国北京、西安、上海和成都地区痴呆亚型患病率的研究[J];中国现代神经疾病杂志;2005年03期

本文编号：2608886