基于线粒体自噬研究神经炎症在七氟烷致老年大鼠认知功能障碍的作用

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目的:以衰老模型大鼠为研究对象,观察大鼠吸入3.2%七氟烷6 h后的行为学改变,大脑前额叶皮质区病理学形态和小胶质细胞活化状况、NLRP3、ASC、Caspase-1及IL-1β蛋白相对表达,血清中IL-1β的含量变化。旨在探讨衰老大鼠神经炎症在七氟烷诱导认知功能障碍中的影响。方法:SPF级4月龄雄性SD大鼠N=48只,随机分为四组:对照(Ctrl)组;阴性对照,NLRP3炎症小体特异性抑制剂MCC950(MCC950)组;七氟烷(Sev)组和MCC950干预(Sev+MCC950)组,各组n=12。(1)实验前所有大鼠于头颈部皮下连续注射D-半乳糖(125mg/kg)42d,建立衰老大鼠模型。(2)模型建立完成后行Morris水迷宫实验,包括定位航行(5d)、空间探索试验(1d)。(3)水迷宫实验完成后,Ctrl组和MCC950组吸入运载气体(O2和空气1:1)6h,Sev组和Sev+MCC950组吸入3.2%七氟烷+运载气体6h。吸入完成后,Ctrl组和Sev组分别在30min、24h、48h腹腔注射1m LNS;MCC950组和Sev+MCC950组分别在30min、24h、48h腹腔注射MCC950(配置1m L,浓度10mg/kg)。(4)各组再次行Morris水迷宫实验检测学习记忆能力。(5)各组大鼠麻醉后取前额叶皮质:(1)HE染色观察神经元元细胞核及组织结构;(2)TUNEL凋亡染色观察神经细胞DNA断裂情况;(3)免疫组化检测Iba-1表达,判断小胶质细胞活化状态;(4)Western Blot法检测NLRP3、ASC、Caspase-1及IL-1β蛋白相对表达。(5)ELISA检测血清IL-1β炎症水平。结果:1、Morris水迷宫实验:在定位航行实验中,在第3、4、5天各组大鼠形成稳定的学习记忆(P>0.05)。各组大鼠游泳路程和游泳速度无差异(P>0.05)。空间探索实验中,与Ctrl组比较,Sev组大鼠穿越原平台次数减低(P<0.05),而MCC950组和Sev+MCC950组无明显变化(P>0.05)。2、HE染色:与Ctrl组比较,MCC950组大脑前额叶皮质区神经元细胞呈圆形或锥形,细胞核位于胞核中央,无明显神经元损伤及炎症细胞浸润,Sev组细胞体积缩小,核固缩深染,细胞受损明显;Sev+MCC950M组神经元细胞排列紧密,大部分呈圆形或锥形,细胞损伤程度较Sev组明显减轻。3、TUNEL凋亡染色:与Ctrl组比较,Sev组大脑前额叶皮质部分可见大量TUNEL阳性细胞表达(P<0.05),并表现为神经元体积表小,细胞质浓缩,呈深棕色;Sev+MCC950组大鼠大脑前额叶皮质TUNEL阳性细胞表达显著降低,并且部分受损神经元较Sev组有一定程度减轻(P<0.05)。4、免疫组化染色:与Ctrl组比较,MCC950组大脑前额叶皮质区Iba-1平均光密度值(IOD值)并无明显变化(P>0.05);Sev组IOD值均高于其他各组(P<0.05)。Sev+MCC950组IOD值更趋近于Ctrl组与MCC950组(P>0.05)。5、Western Blot检测蛋白相对表达:与Ctrl组比较,Sev组大脑前额叶皮质区NLRP3、Caspase-1和IL-1β蛋白相对表达均上调(P<0.05),而Sev+MCC950组NLRP3、Caspase-1和IL-1β均低于Sev组(P<0.05),与Ctrl组水平相当(P>0.05)。ASC蛋白相对表达各组间比较均无差异性存在(P>0.05)。6、ELISA检测大鼠血清IL-1β炎症水平:Sev组血清炎性因子IL-1β的表达水平明显高于Ctrl组(P<0.05);而Sev+MCC950组IL-1β表达水平较Sev组降低(P<0.05),趋近于Ctrl组与MCC950组(P>0.05)。结论:七氟烷可降低衰老大鼠学习记忆能力,并对大脑前额叶皮质区神经元产生损害作用,增强小胶质细胞活化,并使前额叶皮质区NLRP3炎性小体组装活化,通过激活Caspase-1诱导释放促炎因子IL-1β,从而上调神经炎症相关蛋白表达。目的:通过观察衰老模型大鼠前额叶皮质区尼氏小体数量、NFκB和NLRP3蛋白相对表达和转录表达,以及血清IL-1β炎症因子水平变化,初步探讨NFκB参与NLRP3炎症小体在七氟烷致大鼠神经炎症所引起的认知功能障碍的作用。方法:雄性衰老模型SD大鼠36只,按随机数字表法分为三组:对照(Ctrl)组,七氟烷(Sev)组,NFκB抑制剂吡咯烷二硫基甲酸盐PDTC(PDTC)组,每组12只。(1)Ctrl组吸入运载气体6h,Sev组和PDTC组吸入3.2%七氟烷+运载气体6h。吸入完成后,Ctrl组和Sev组分别在30min、24h、48h腹腔注射1m LNS;PDTC组分别在30min、24h、48h腹腔注射PDTC(配置为1m L,浓度为100mg/kg)。(2)各组大鼠麻醉后取前额叶皮质:(1)Nissl染色法观察尼氏小体数量;(2)Western Blot法检测细胞核和细胞质NFκB P65及NLRP3蛋白相对表达;(3)RT-PCR法检测NFκB及NLRP3转录表达情况。结果:1.Nissl染色结果:与Ctrl组相比较,Sev组大鼠大脑前额叶尼氏体数量显著降低(P<0.05),与Sev组相比较,PDTC组大鼠大脑前额叶皮质数量增加(P<0.05)。2.Western Blot方法大鼠前额叶皮质、细胞浆NFκB P65、NLRP3蛋白相对表达结果:与Ctrl组比较,Sev组大鼠大脑前额叶皮质区细胞核NFκB P65、NLRP3蛋白相对表达显著上调(P<0.05),与Sev组相比,PDTC组细胞核NFκB P65、NLRP3蛋白相对表达显著下降(P<0.05);各组细胞浆NFκB P65蛋白相对表达差异没有统计学意义(P>0.05)。3.RT-PCR检测大鼠前额叶皮质NFκB P65、NLRP3转录表达结果:与Ctrl组比较,Sev组大鼠大脑前额叶皮质区NFκB P65和NLRP3转录表达显著上调,差异有统计学意义(P<0.05),与Sev组相比,PDTC组NFκB和NLRP3转录表达显著下降(P<0.05)。结论:七氟烷可增加的NFκB P65核转位,介导NLRP3炎症小体途径诱导的IL-1β活化,参与大鼠前额叶皮质区神经炎症发生。目的:通过观察大鼠前额叶皮质区神经元形态及线粒体自噬相关LC3B、SQSTM1/p62蛋白,以及神经炎症相关NFκB、NLRP3、Caspase-1和IL-1β蛋白转录表达,血清IL-1β炎症因子水平含量变化,探讨线粒体自噬在七氟烷诱导衰老模型大鼠神经炎症中的作用。方法:雄性衰老模型SD大鼠48只,按随机数字表法分为四组:空白对照(Ctrl)组,自噬抑制剂3-甲基腺嘌呤干预(3-MA)组,七氟烷(Sev)组,自噬激动剂雷帕霉素干预(Rapa)组,每组12只。(1)Ctrl组吸入运载气体6h,3-MA组、Sev组和Rapa组吸入浓度为3.2%七氟烷+运载气体6h。吸入完成后,Ctrl组和Sev组分别在30min、24h、48h腹腔注射1m LNS;3-MA组和Rapa组分别在30min、24h、48h腹腔注射1m L的3-MA(15mg/kg)和雷帕霉素(2.0mg/kg)。(2)各组大鼠麻醉后取前额叶皮质:(1)透射电镜观察神经元形态及线粒体自噬情况;(2)Western Blot法检测LC3B和SQSTM1/p62蛋白相对表达情况;(3)RT-PCR法检测NFκB、NLRP3、Caspase-1及IL-1β转录表达情况。(3)ELISA检测检测血清IL-1β炎症因子水平变化。结果:1.透射电镜:与Ctrl组的正常细胞器相比,Sev组大鼠前额叶皮质区出现了较为严重的细胞损伤,并且发现了核膜收缩、明暗交替的线粒体基质和线粒体嵴结构紊乱,线粒体自噬被抑制,此外,其他细胞器模糊不清,难以辨认。但是,雷帕霉素改善了前额叶皮质区线粒体的破坏,并表现出线粒体吞噬体和线粒体溶酶体数量的显著增加,细胞器损伤显著减轻。3-MA干预组消除了雷帕霉素对线粒体自噬增加后的神经元保护作用。2.Western Blot检测各组蛋白相对表达:与Ctrl组比较,Sev组或3-MA组大鼠大脑前额叶皮质区LC3BII/LC3BI蛋白相对表达显著降低(P<0.05);与Sev组或3-MA组相比,Rapa组前额叶皮质区SQSTM1/p62蛋白相对表达显著下降(P<0.05)。3.RT-PCR检测:与Ctrl组比较,Sev组或3-MA组大鼠大脑前额叶皮质区NFκB、NLRP3及Caspase-1转录表达显著上调(P<0.05),与Sev组或3-MA组相比,Rapa组NFκB、NLRP3及Caspase-1转录显著下降(P<0.05)。4.ELISA检测大鼠血清IL-1β炎症水平:Sev组或3-MA组大鼠大鼠血清炎性因子IL-1β的表达水平明显高于Ctrl组(P<0.05);而与Sev组或3-MA组相比,Rapa组大鼠血清炎性因子IL-1β的表达水平显著减少(P<0.05)。结论:七氟烷可抑制衰老大鼠前额叶皮质区线粒体自噬,并激活NFκB和NLRP3炎症小体通路关键分子的表达以及IL-1β的产生,加重神经炎症发生。
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