基于突触可塑性和神经干细胞自噬探讨同型半胱氨酸对大鼠梗死后抑郁的调控机制

来源 :天津医科大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:wkadjx
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目的通过线栓法制备SD大鼠大脑中动脉栓塞(Middle cerebral artery occlusion,MCAO)缺血再灌注模型,观察同型半胱氨酸(Homocysteine,Hcy)对脑缺血再灌注大鼠抑郁行为的影响;通过Hcy分别与NMDA阻断剂MK-801和自噬抑制剂3MA联合干预,探讨体内NMDA受体介导的突触可塑性和自噬调控的神经再生在Hcy引起的梗死后抑郁中的调控作用;体外培养原代神经干细胞(Neural stem cells,NSCs),通过建立氧糖剥夺/复氧(Oxygen and glucose deprivation/reperfusion,OGD/R)模型,来检测Hcy对NSCs活力的影响,通过Hcy与经典自噬通路PI3K-AKT-和ERK-依赖的mTOR信号通路激活剂的联合干预,探讨Hcy对OGD/R NSCs自噬通路的具体调控机制;为防治与HHcy相关的梗死后抑郁提供新的治疗方法及实验依据。方法120只体重为170-180 g的雄性SD大鼠,采用随机数字表法分为7组,分别为假手术组(SHAM)组、大脑中动脉缺血再灌注模型(MCAO)组、MCAO+同型半胱氨酸组(MCAO+HCY)组、MCAO+HCY+MK-801组、MCAO+MK-801组、MCAO+HCY+3MA组及MCAO+3MA组,其中SHAM、MCAO和MCAO+HCY组,每组分别24只,其他各组12只/组;各组大鼠均适应性喂养7 d,SHAM与MCAO组以4 mL/kg?d剂量尾静脉注射生理盐水,MCAO+HCY和MCAO+HCY+3MA组造模前,以4 mL/kg?d剂量尾静脉每天注射0.8 mg/mL Hcy干预28 d,MCAO+MK-801和MCAO+HCY+MK-801术前15 min腹腔注射MK-801(3 mg/kg),于术后14 d测定糖水偏好和矿场实验;高效液相法检测大鼠血浆中5-HT、DA和NE水平;透射电镜观察大脑海马的突触数量及结构改变;Western blot检测海马中NR1、NR2A、NR2B、PSD-95、SNAP-25、VGLUT1及Complexin I/II蛋白表达;MCAO+3MA和MCAO+HCY+3MA组在术前5 d,每天尾静脉注射5 mM 3MA溶液(4 mL/kg),于造模后3 d和7 d分别用生理盐水和多聚甲醛进行灌注,免疫荧光检测脑组织中SVZ区NSCs LC3表达情况。体外培养NSCs,LDH和MTT法分别测定细胞损伤和增殖活力;Western blot检测NSCs中LC3、Beclin 1、p-mTOR、mTOR、p-PI3K、PI3K、p-AKT、AKT、p-ERK和ERK表达情况。结果与MCAO组比较,Hcy干预组:矿场实验结果显示,水平运动距离和站立次数减少;糖水偏好检测结果显示,糖水偏好指数降低;高效液相检测血浆中5-HT、DA和NE水平降低;透射电镜观察显示突触数量减少及突触后致密物面积和宽度减少;Western blot检测结果显示,海马组织中突触相关蛋白SNAP-25、PSD-95、VGLUT1和Complexin I/II表达均降低,NMDA受体蛋白NR1、NR2A和NR2B表达均升高。与MCAO+HCY组相比,MCAO+HCY+MK-801组水平运动距离和站立次数增多;糖水偏好指数升高,血浆中5-HT、DA和NE水平升高;透射电镜下突触数量及突触后致密物面积和宽度增加;Western blot结果显示,海马组织SNAP-25、PSD-95、VGLUT1和Complexin I/II表达均升高,NMDA受体蛋白NR1、NR2A和NR2B表达均降低。与MCAO+HCY组比较,MCAO+HCY+3MA组大鼠SVZ区Nestin与LC3双标阳性细胞数显著减少,大鼠SVZ区NSCs LC3荧光点数减少,荧光点数两组之间存在差异,且差异具有统计学意义(P<0.05)。体外培养NSCs,建立细胞OGD/R模型。Western blot结果显示,与Normal组比较,OGD/R模型组自噬标记蛋白LC3和Beclin 1表达增加,p-PI3K、p-AKT、p-ERK和p-mTOR蛋白表达降低;Hcy干预后自噬标记蛋白LC3和Beclin 1表达进一步增加,p-PI3K、p-AKT、p-ERK和p-mTOR蛋白表达进一步降低。用不同浓度自噬抑制剂3MA与Hcy联合干预后,与OGD/R+HCY组相比,LDH与MTT结果显示适当抑制自噬可以增加NSCs的细胞活力和增殖活力,差异具有统计学意义(P<0.05)。用mTOR激活剂MHY1485、PI3K激活剂IGF-1、ERK激活剂TPA和Curcumin分别与Hcy联合干预NSCs,Western blot结果显示,与OGD/R+HCY组相比,OGD/R+HCY+MHY1485组的p-mTOR蛋白表达升高,LC3和Beclin 1表达降低;OGD/R+HCY+TPA组和OGD/R+HCY+CUR组p-mTOR蛋白表达升高;OGD/R+HCY+IGF-1组p-AKT和p-mTOR蛋白表达升高,且差异均具有统计学意义(P<0.05)。与OGD/R组比较,OGD/R+MHY1485组的p-mTOR蛋白表达升高,LC3和Beclin 1表达降低;OGD/R+TPA组和OGD/R+CUR组p-mTOR蛋白表达升高;OGD/R+IGF-1组p-AKT和p-mTOR蛋白表达升高,差异均具有统计学意义(P<0.05)。结论成功建立大鼠脑缺血再灌注模型,发现Hcy干预能减少海马突触数量及突触蛋白的表达,进而引发抑郁行为,在给予NMDA受体抑制剂MK-801后,NR1、NR2A和NR2B表达降低,血浆中5-HT、DA和NE水平升高,抑郁症状缓解,突触数量及蛋白表达增加,故Hcy可能通过改变NMDA受体亚基表达来减少突触结构和功能,影响突触可塑性来加重抑郁症状。Hcy通过过度激活脑缺血再灌注后脑组织SVZ区NSCs自噬,从而抑制NSCs增殖活力,在给予自噬抑制剂3MA后,Hcy引起的自噬在一定程度上被抑制,因此Hcy导致的梗死后抑郁症状可能与激活NSCs自噬从而影响神经再生有关。此外在体外NSCs OGD/R模型中,检测到Hcy上调NSCs中LC3和Beclin 1,下调p-PI3K、p-AKT、p-ERK和p-mTOR,细胞活力显著下降。给予自噬抑制剂3MA后,细胞活力显著增加。给予PI3K激活剂IGF-1、ERK激活剂TPA和Curcumin后,mTOR通路下游磷酸化蛋白表达不同程度升高;给予mTOR激活剂MHY1485后,自噬蛋白LC3和Beclin 1表达量下降,p-mTOR表达量升高,提示Hcy可能通过PI3K-AKT和ERK-依赖的mTOR信号负性调节自噬。
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