氧化还原动态平衡调控脑细胞增殖的机制研究

发布时间：2017-12-13 10:21

  本文关键词：氧化还原动态平衡调控脑细胞增殖的机制研究

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【摘要】：研究背景 神经系统发育是机体发育的重要组成部分。研究神经系统的发育，对于深入研究神经细胞的增殖、分化，以及寻求调控与干预细胞的增殖、分化作用的新靶点，具有广泛而深远的意义。活性氧（ROS）作为一类重要的信号分子，在机体其它组织（如肝组织）的发育过程中扮演重要的角色。本实验类比ROS对肝细胞增殖调控的研究，探索ROS在神经系统发育中的作用，以及ROS对脑细胞增殖调控的信号作用及机制。 实验目的 通过研究大鼠不同发育时期脑组织氧化还原动态平衡的变化规律，探讨脑发育过程中ROS水平的变化与脑组织抗氧化系统活性变化的相互关系，提出ROS作为信号分子参与调控脑细胞增殖过程的假说。并以PC12细胞构建神经细胞体外研究模型，阐明ROS在调控神经细胞增殖中的作用及机制。为进一步寻求调控与干预细胞的增殖、分化作用的新靶点，提供实验依据。 实验方法和研究方案 1.检测SD大鼠不同发育阶段脑组织氧化还原动态平衡的变化规律，并初步研究ROS对神经细胞增殖的调控。 （1）培养不同发育阶段的大鼠原代神经元，检测神经元的细胞周期、ROS水平以及PCNA、CyclinD、Rb等增殖蛋白表达的变化。 （2）检测以Nrf2为核心的抗氧化酶谱的表达及活性的变化。 （3）分离不同发育阶段大鼠脑组织，提取线粒体，检测线粒体活力及线粒体ROS水平的变化。 2.体外实验研究ROS对PC12细胞增殖作用的量效关系，以及在细胞增殖过程中的信号调控作用。 （1）构建神经细胞体外模型——PC12细胞培养模型。观察PC12细胞的生长特性，绘制生长曲线。 （2）分别在PC12细胞培养的过程中给予氧化剂和抗氧化剂的处理，筛选适当的剂量范围，研究ROS水平与PC12细胞增殖作用的量效关系。 （3）通过处理干预PC12细胞的细胞增殖过程，测定不同处理组细胞细胞周期蛋白CyclinD、PCNA、Rb等的表达，研究ROS在细胞增殖过程中的信号调控作用。 实验结果 1．SD大鼠出生后7-15天期间，大鼠脑组织快速发育，生长发育速率加快，代谢旺盛，呈现“突发性”的生长状态。同时，ROS的产生与抗氧化防御系统的活性处于一个活跃而又平衡的状态。 2．在大鼠的脑发育过程中，线粒体活力的变化趋势与线粒体ROS的变化趋势相反。在P7~15天“脑突发生长期”线粒体代谢旺盛，线粒体活力出现短暂的升高，之后又逐渐回落。脑组织线粒体的活力是随着发育进程的推进而逐渐升高，，线粒体的功能也逐渐完善。 3．神经细胞内ROS参与调控细胞的增殖过程。在大鼠胚胎发育过程中，脑组织ROS水平由高变低，抗氧化防御系统功能则由低变高，说明ROS水平的变化与神经细胞增殖和分化成熟有重要作用。从大鼠胚胎发育早期一直到大鼠出生后发育成熟，脑组织的氧化还原维持着动态平衡，ROS的水平被控制在“合适”的范围。在脑组织中核心的转录因子Nrf2有序地调控或部分调控以ROS存在水平为轴心的氧化还原动态变化；自由基清除酶SOD蛋白表达逐渐下降和抗氧化酶CAT、Gpx和GR等蛋白表达逐渐升高，共同维持稳定的氧化还原的动态平衡。由此可见，大鼠发育过程中脑组织的氧化还原状态调节ROS的水平，而ROS的水平又参与调控神经系统的发育。 4．使用氧化剂t-叔丁基过氧化氢（t-BHP）和抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸（NAC）分别处理对数生长期的PC12细胞。t-BHP处理PC12细胞，表现出明显的剂量 效应关系，适当剂量的t-BHP（1μM）可以通过激活ERK通路促进细胞增殖。NAC可以显著降低细胞ROS水平，并通过激活p38信号通路一定程度地抑制细胞增殖。同时，使用p38抑制剂能够有效阻断NAC对细胞增殖的抑制作用。该结果说明，ROS水平的变化能够通过激活ERK或p38信号通路，促进或抑制PC12细胞的增殖。 结论 本课题从大鼠脑组织发育过程中ROS水平的变化与抗氧化防御系统的变化相矛盾这一现象，提出“大鼠发育过程中脑组织的氧化还原状态调节ROS的水平，而ROS的水平又参与调控神经系统的发育”的猜想。又通过体外实验研究进一步发现，分别给予PC12细胞氧化剂和抗氧化剂处理，发现细胞ROS水平的变化能够通过激活ERK或p38信号通路促进或抑制细胞增殖。从正反两个方面证明ROS作为重要信号分子参与PC12细胞的增殖调控。这为论证“ROS水平可以调控神经细胞的增殖状态”提供了坚实的依据，也为深入阐明ROS在神经系统发育过程中具体的作用机制提供新的思路和方向。
【学位授予单位】：第四军医大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R338

【参考文献】

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1 杜金凯,庞晓静,高福禄;大鼠出生后不同发育阶段大脑海马CA_3区PCNA和NGF表达的研究[J];承德医学院学报;2004年04期

2 雷建军,海春旭,曹云新;低浓度H_2O_2对HL-60细胞增殖的影响[J];第四军医大学学报;2001年12期

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本文编号：1284795