线粒体解耦联蛋白2与抑郁症的相关性研究

发布时间：2017-04-18 10:00

  本文关键词：线粒体解耦联蛋白2与抑郁症的相关性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：抑郁症（depression）是一类以情绪低落、自我评价降低、快感缺失，以及睡眠、饮食和认知异常为主要症状的精神疾病。全世界大约有21%的人口受到抑郁症的影响，预计到2020年抑郁症将成为仅次于缺血性心脏病的第二大疾病。抑郁症涉及多种病理机制，包括：单胺假说、神经递质受体假说、神经营养因子假说、下丘脑 垂体 肾上腺（hypothalamic-pituitary-adrenocortical，HPA）轴异常、氧化应激、炎症假说等。目前用于抑郁症的主要治疗药物有：选择性5-羟色胺再摄取抑制剂、去甲肾上腺素和多巴胺再摄取抑制剂，以及三环类抗抑郁药。但是，上述药物对约三分之一的重度抑郁症患者治疗学无效。因此，寻找新的抗抑郁治疗靶点、研发新的治疗药物迫在眉睫。 线粒体解耦联蛋白2（uncoupling protein2，UCP2）是位于线粒体内膜上的载体蛋白家族成员。UCP2通过发挥“质子漏”的作用消耗线粒体质子驱动力、减少ROS生成；UCP2可促进线粒体生物合成，抑制由线粒体膜电位降低和钙超载引起的细胞死亡，因而发挥细胞保护作用。UCP2存在于哺乳类动物肾、胰腺、脾、免疫细胞及中枢神经系统，参与多种代谢过程，如食物摄取，胰岛素分泌和免疫应答。表达在神经细胞的UCP2可调节神经传递、突触可塑性和神经退行性病变等病理生理过程。 本实验室前期研究发现，UCP2敲除增加小鼠对慢性温和应激（chronic mildstress，CMS）致抑郁的敏感性。然而，UCP2调节抑郁症的具体机制尚不明确。近年来，炎症反应与抑郁症的相关性受到研究者的关注，研究认为，抑郁症发病与炎症反应系统激活有关。NLRP3炎症小体活化所产生的白介素-1β（interleukin-1beta，IL-1β）在应激诱导的促炎反应中扮演了重要角色，线粒体ROS是调控NLRP3炎症小体活化的关键信号。线粒体内膜上的UCP2蛋白是否通过调节ROS生成和氧化应激反应而参与NLRP3炎症小体的活化尚未见报道。近年来研究表明，星形胶质细胞是调控ROS生成、氧化应激、固有免疫和炎症反应的重要细胞类型和场所，星形胶质细胞功能异常在抑郁症发病中发挥关键作用。我们推测表达于线粒体内膜上的UCP2可能通过调节星形胶质细胞NLRP3炎症小体的激活，参与抑郁症的发生和发展。 本文应用UCP2敲除小鼠，制备CMS抑郁模型，首先观察UCP2敲除对小鼠抑郁样行为和神经再生的影响，揭示UCP2与抑郁症的相关性及机制；其次，检测星形胶质细胞中UCP2和炎症小体的表达，研究UCP2敲除对星形胶质细胞中NLRP3炎症小体激活的影响，并探讨可能的细胞内分子机制。 目的：应用UCP2敲除小鼠，研究UCP2与抑郁症的相关性，阐明UCP2对星形胶质细胞NLRP3炎症小体的调节作用及相关机制。 方法：1.建立CMS致抑郁症小鼠模型。2.通过糖水偏爱测试（sucrosepreference test）、悬尾试验（tail suspension test，TST）以及强迫游泳试验（forcedswimming test，FST）等行为学观察UCP2敲除对小鼠抑郁样症状的影响。3.应用免疫组化结合体视学计数，观察海马颗粒细胞下层（subgranular zone，SGZ）神经干细胞增殖（5-bromo-2-deoxyuridine，BrdU免疫组化）、海马齿状回（dentategyrus，DG）Doublecortin（DCX）阳性神经元和星形胶质细胞（glial fibrillary acidicprotein，GFAP）的数目。4.应用免疫荧光的方法观察UCP2敲除对CMS诱导的海马ROS生成的影响。5.应用Western blotting方法观察UCP2敲除对CMS诱导的海马核转录因子NF-κB（nuclear factor kappa B）亚基p65、c-Jun氨基末端激酶（c-Jun NH2-terminal kinase，JNK）、核苷酸结合寡聚化结构域样受体3（nucleotide-binding oligomerization domain (NOD)-like receptor3，NLRP3）、半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-1（caspase-1）、白细胞介素-1β（interleukin-1beta，IL-1β）、葡萄糖调节蛋白78（78-kilodalton glucose regulated protein，Grp78）、C/EBP同源蛋白（C/EBP-homologous protein，CHOP）、半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶-12（caspase-12）、脑源性神经营养因子（brain-derived neurotrophic factor，BDNF）、成纤维细胞生长因子-2（fibroblast growth factor-2，FGF-2）、环磷酸腺苷反应元件结合蛋白（cAMP response element binding protein，CREB）表达的影响；应用ELISA方法观察UCP2敲除对CMS诱导的血清IL-1β水平的影响。6.原代培养UCP2+/+和UCP2-/-小鼠皮层、海马星形胶质细胞。应用ELISA、Western blotting等方法，观察UCP2敲除及药理学抑制剂对ATP或MSU诱导的原代星形胶质细胞NLRP3炎症小体激活的影响。7.应用流式细胞术、免疫细胞化学染色、免疫共沉淀、Western blotting方法观察UCP2敲除对原代星形胶质细胞线粒体损伤、ROS生成，以及硫氧还蛋白结合蛋白（thioredoxin-interacting protein，TXNIP）与NLRP3相互结合的影响。8.应用免疫共沉淀、Western blotting方法观察ROS清除剂对原代星形胶质细胞TXNIP与NLRP3相互结合、NLRP3炎症小体激活的影响。9.应用Western blotting方法观察UCP2敲除对原代星形胶质细胞JNK磷酸化，以及JNK抑制剂对原代星形胶质细胞NLRP3炎症小体激活的影响。10.应用免疫细胞化学染色、Western blotting等方法观察转染hUCP2重组质粒对原代星形胶质细胞线粒体损伤、ROS生成及NLRP3炎症小体激活的影响。 结果： 1. UCP2敲除加重CMS所致小鼠的抑郁样症状UCP2敲除加重CMS诱导的小鼠体重和糖水偏爱降低（P 0.05），促进CMS诱导的小鼠体格状态下降（P0.05）；基础状态下，UCP2敲除小鼠TST和FST不动时间显著长于野生型小鼠（P 0.05），UCP2敲除加重CMS诱导的TST和FST不动时间延长的抑郁样症状（P 0.05），TST不动时间较野生型小鼠延长16%，FST不动时间约为野生型小鼠的两倍。 2. UCP2敲除加重CMS所致神经再生的抑制和星形胶质细胞的损伤UCP2敲除加重CMS抑制SGZ细胞增殖的作用（P 0.05），与野生型小鼠相比BrdU+细胞数减少了17%，DCX+细胞数减少了33%。UCP2敲除加重CMS所致海马星形胶质细胞的损伤（P 0.05），与野生型小鼠相比GFAP+细胞数减少了21%。 3. UCP2敲除增加ROS生成及JNK的活性，增强CMS诱导的海马NLRP3炎症小体的激活UCP2敲除增加CMS诱导的海马ROS生成，促进海马p65表达和JNK磷酸化（P 0.05）；UCP2敲除显著增加CMS诱导的海马NLRP3炎症小体相关蛋白NLRP3、caspase-1和IL-1β表达（P 0.05），进一步增加小鼠血清IL-1β的水平（P 0.01）。 4. UCP2敲除增强CMS所致海马内质网应激和营养因子表达的抑制作用基础状态下，两种基因型小鼠海马内质网应激相关蛋白蛋白伴侣分子Grp78、效应蛋白caspase-12表达无显著差异（P0.05），UCP2敲除小鼠海马内转录因子CHOP表达显著高于WT鼠（P 0.05）；UCP2敲除显著促进CMS诱导的海马Grp78、CHOP、caspase-12表达上调（P 0.05）；UCP2敲除加重CMS对海马CREB磷酸化的抑制作用（P 0.05），降低BDNF、FGF-2的表达（P 0.05）。 5. UCP2敲除增强星形胶质细胞NLRP3炎症小体的激活UCP2敲除显著增加ATP或MSU诱导的星形胶质细胞p65、NLRP3、caspase-1及成熟IL-1β表达（P 0.05）；caspase-1抑制剂z-YVAD-fmk可抑制ATP或MSU诱导的两种基因型星形胶质细胞IL-1β分泌（P 0.01）、逆转UCP2敲除导致的IL-1β水平的增加；UCP2抑制剂Genipin显著促进MSU诱导的UCP2+/+星形胶质细胞NLRP3、caspase-1、IL-1β表达上调（P 0.05），对UCP2-/-星形胶质细胞NLRP3、caspase-1、IL-1β的表达无显著影响（P0.05）。 6. UCP2敲除增加星形胶质细胞ROS生成和JNK磷酸化，加剧NLRP3炎症小体的激活UCP2敲除显著增加MSU诱导的星形胶质细胞线粒体损伤和ROS生成（P 0.05）；UCP2敲除促进MSU诱导的星形胶质细胞TXNIP和NLRP3相互结合（P 0.05）；ROS抑制剂APDC显著抑制MSU诱导的两种基因型星形胶质细胞TXNIP、NLRP3的相互结合（P 0.05），抑制NLRP3、caspase-1和IL-1β表达（P 0.05），取消了UCP2敲除所致的促caspase-1活化和IL-1β分泌的作用；UCP2敲除促进MSU诱导的星形胶质细胞JNK磷酸化（P 0.05），JNK抑制剂SP600125显著抑制MSU诱导的两种基因型星形胶质细胞NLRP3、caspase-1和IL-1β表达上调（P 0.05）。 7.过表达UCP2减少ROS的生成、抑制星形胶质细胞NLRP3炎症小体的激活过表达UCP2减轻MSU对两种基因型星形胶质细胞线粒体的损伤，显著减少MSU诱导的星形胶质细胞ROS生成（P 0.05），UCP2+/+星形胶质细胞ROS减少了29%，UCP2-/-星形胶质细胞ROS减少了44%；过表达UCP2显著抑制MSU诱导的两种基因型星形胶质细胞NLRP3、caspase-1和IL-1β表达上调（P 0.05）。 结论： 1. UCP2敲除通过激活NLRP3炎症小体加重小鼠抑郁样症状。 2. UCP2敲除加重星形胶质细胞NLRP3炎症小体激活介导的炎症反应。 本文工作的主要创新之处： 1.应用CMS抑郁症动物模型，，研究、阐明UCP2与抑郁症的相关性，为抑郁症的治疗提供了新靶标。 2.阐明UCP2通过调节星形胶质细胞NLRP3炎症小体的激活，参与抑郁症的病理过程。 3.揭示UCP2是NLRP3炎症小体活化的关键调节因子，为靶向NLRP3炎症小体治疗代谢性炎性疾病提供了新思路。
【关键词】：抑郁症 解耦联蛋白2 ROS NLRP3炎症小体 星形胶质细胞 神经再生
【学位授予单位】：南京医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R749.4
【目录】：

• 英文缩略词表6-8
• 中文摘要8-14
• 英文摘要14-20
• 前言20-30
• 材料与方法30-39
• 结果39-58
• 讨论58-63
• 结论63-65
• 参考文献65-75
• 综述75-89
• 参考文献84-89
• 在读期间发表的与本论文相关的文章89-90
• 致谢90

【共引文献】

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本文编号：314586