海马Warburg效应通过改善海马突触可塑性介导硫化氢的抗抑郁作用

发布时间：2020-05-22 15:00

【摘要】：【研究背景与目的】抑郁症是一种常见的心理精神疾病,与慢性应激诱导的脑内海马突触可塑性紊乱密切相关。硫化氢(Hydrogen sulfide,H_2S)作为一种新颖的神经调质,对突触可塑性具有重要的调节作用。本课题组已证实H_2S可拮抗慢性应激性抑郁,但具体机制仍未明确。有氧条件下的糖酵解称为Warburg效应,可促进突触可塑性的形成。因此,我们将从海马Warburg效应-突触可塑性的新视角深入探讨H_2S的抗抑郁作用机制。【方法】1.采用慢性不可预测温和应激(Chronic unpredictable mild stress,CUMS)建立大鼠慢性应激性抑郁模型;2.抑郁样行为学糖水偏好、高架十字迷宫及悬尾试验用于评价大鼠的抑郁程度;3.蛋白免疫印迹法(Western blotting)和免疫组织化学技术(Immunohistochemistry,IHC)检测海马突触可塑性相关蛋白:突触后致密蛋白-95(Postsynaptic density protein-95,PSD95)和突触蛋白-1(Synapsin-1,Syn-1)的表达;4.透射电镜检测海马突触密度和超微结构;5.Western blotting检测大鼠海马组织Warburg效应相关蛋白己糖激酶2(Hexokinase 2,HK2)、M2型丙酮酸激酶(Pyruvate kinase M2,PKM2)、乳酸脱氢酶A(Lactate dehydrogenase A,LDHA)、丙酮酸脱氢酶激酶1(Pyruvate dehydrogenase kinase 1,PDK1)以及丙酮酸脱氢酶(Pyruvate dehydrogenase,PDH)的表达;6.乳酸试剂盒(Lactate Assay Kit)检测海马乳酸含量。【结果】1.H_2S对CUMS大鼠海马突触可塑性紊乱的改善作用CUMS明显降低大鼠的海马突触可塑性相关蛋白PSD95和Syn-1的表达水平,以及降低海马CA1和CA3区的突触密度、突触活动区长度、突触后致密物厚度,增加突触间隙宽度,表明慢性应激性抑郁可诱导海马突触可塑性障碍;H_2S供体硫氢化钠(Sodium hydrosulfide,NaHS,30,100μmol/kg,i.p.)明显增加CUMS大鼠PSD95和Syn-1蛋白表达水平以及海马突触密度、突触活动区长度、突触后致密物厚度,缩短突触间隙宽度,表明H_2S可改善CUMS诱导的海马突触可塑性紊乱。2.H_2S对CUMS大鼠海马Warburg效应的促进作用CUMS明显下调大鼠的海马Warburg效应相关蛋白HK2、PKM2、PDK1、LDHA的表达水平明显降低,上调PDH蛋白表达,而且降低CUMS大鼠海马乳酸含量,表明在CUMS大鼠中海马Warburg效应明显受阻;NaHS(30,100μmol/kg,i.p.)明显上调CUMS大鼠HK2、PKM2、PDK1、LDHA蛋白表达,下调PDH蛋白表达以及增加CUMS大鼠海马乳酸含量,表明H_2S具有促进CUMS大鼠海马Warburg效应的作用。3.Warburg效应抑制剂2DG可取消H_2S对CUMS大鼠海马Warburg效应的促进作用Warburg效应抑制剂2-脱氧葡萄糖(2-dexyglucose,2DG,100mg/kg,i.p.)明显逆转NaHS(100μmol/kg,i.p.)对CUMS大鼠海马HK2、PKM2、PDK1、LDHA蛋白表达的上调作用、对CUMS大鼠海马PDH蛋白表达的下调作用、对CUMS大鼠海马乳酸含量的增加作用,表明2DG可取消H_2S对CUMS大鼠海马Warburg效应的促进作用。4.2DG阻断H_2S对CUMS大鼠海马突触可塑性的改善作用2DG(100 mg/kg,i.p.)逆转NaHS(100μmol/kg,i.p.)对CUMS大鼠海马PSD95和Syn-1蛋白表达的上调作用、对CUMS大鼠海马CA1和CA3区的突触密度、突触活动区长度和突触后致密物厚度的增加作用,以及对CUMS大鼠海马突触间隙宽度的降低作用,表明取消H_2S对CUMS大鼠海马Warburg效应的促进作用可逆转H_2S对CUMS大鼠海马突触可塑性的改善作用。5.2DG逆转H_2S对CUMS大鼠抑郁样行为的拮抗作用在糖水偏好试验中,2DG(100 mg/kg,i.p.)明显逆转NaHS(100μmol/kg,i.p.)对CUMS大鼠糖水偏好率的增加作用;在高架十字迷宫试验中,2DG(100 mg/kg,i.p.)明显逆转NaHS(100μmol/kg,i.p.)对CUMS大鼠进入开壁次数百分比和停留时间的增加作用,但不影响各组大鼠进入开闭壁的总次数;在悬尾试验中,2DG(100 mg/kg,i.p.)明显抑制NaHS(100μmol/kg,i.p.)对CUMS大鼠不动时间的减少,表明2DG(100 mg/kg,i.p.)可逆转NaHS(100μmol/kg,i.p.)对CUMS大鼠抑郁样行为的拮抗作用。上述结果表明取消H_2S对CUMS大鼠海马Warburg效应的促进作用可逆转H_2S对CUMS大鼠抑郁样行为的拮抗作用。【结论】海马Warburg效应通过改善海马突触可塑性介导H_2S的抗抑郁作用。
【图文】：

实验流程,大鼠,垫料

μmol/kg×14 d, i.p.) 组、CUMS + NaHS (100 μmol/kg×14 d, i.p.) 组、CUMS +NaHS (100 μmol/kg×14 d, i.p.) + 2DG (Warburg 效应抑制剂, 100 mg/kg×14 d, i.p.)组、单用 NaHS 组 (100 μmol/kg×14 d, i.p.) 单用和 2DG (100 mg/kg×14 d, i.p.) 组。除对照组、单用 NaHS 和单用 2DG 组，其他组 SD 大鼠均建立大鼠 CUMS (4 w)抑郁症模型，即每天给予大鼠 2 种不同的温和刺激，如白噪音 12 h、倾斜鼠笼45° (12 h)、照明 24 h、昼夜颠倒、禁食 24 h、禁水 24 h、夹尾 (用夹子夹住大鼠尾巴 2 cm 处，1 min)、束缚 (放入跟大鼠体型规格大致一样的空桶内，2 h)、闪光灯 6 h、空笼 (移除垫料, 6 h)、打湿垫料 (倒水入大鼠笼内浸湿垫料，12 h)、冷水浴 (将大鼠放入 4 C 冰水中，游泳 6 min)。每天随机抽取 2 种不同刺激，，为了保证不可预测性则任意 1 种刺激不能持续出现。在 CUMS (2 w) 后，给以NaHS (30 或 100 μmol/kg, i.p.) 治疗 2 w 或合用 2DG (100 mg/kg, i.p.) 干预 2 w。应激 4 w 后，采用糖水偏好实验、高架十字迷宫以及悬尾行为学评价大鼠的抑郁行为。

突触可塑性

图 3.1. H2S 对 CUMS 大鼠海马突触可塑性的影响Fig 3.1. Effect of H2S on the dysfunction of synaptic plasticity in the hippocampus ofCUMS-exposed rat. Rats were exposed to CUMS for 2 w and then co-treated with NaHS (30,100 μmol/kg, i.p.) and CUMS for 2 w. The expressions of PSD95 (A, C) and Syn-1 (B, D) in thehippocampus were detected using western blotting and immunohistochemistry (10 ×). The blackarrow represents the positive cells (C, D). The density of synapses (E), the length of synapticactive zone (F), the thickness of PSD (G) and the width of synaptic gap (H) in the hippocampus(CA1 and CA3) were detected by transmission electron microscope (TEM, 20000 ×). The yellowarrow represents the synapse (E). The red lines (F), blue (G) and green arrows (H) represents thelength of synaptic active zone, the PSD thicness and the synaptic gap width, respectively. Valuesare expressed as mean ± SEM (n = 3/group).**P < 0.01,***P < 0.001, vs control group;#P < 0.01,##P < 0.01,###P < 0.001, vs CUMS group.
【学位授予单位】：南华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R749.4

【参考文献】