NLRP3/caspase-1通路在脓毒症相关性脑病中的作用及机制研究

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目的:研究表明核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3(nucleotide binding oligomerization domain-like receptor protein 3,NLRP3)炎症小体参与某些中枢神经退行性疾病,本研究旨在探讨抑制NLRP3对老年小鼠术后血脑屏障和氧化应激的影响。方法:18月龄30~50 g雄性C57BL/6小鼠,随机均分四组:对照+溶剂组(Con+Veh组)、对照+MCC950组(Con+MCC950组)、剖腹探查+溶剂组(Sur+Veh组)、剖腹探查+MCC950组(Sur+MCC950组)。建立剖腹探查模型前30 min腹腔注射MCC950(40 mg/kg,NLRP3特异性抑制剂),其余组注射等容药物或溶剂,术后24小时检测小鼠海马相应指标。蛋白质免疫印迹检测NLRP3、凋亡相关点样蛋白(apoptosis-associated speck-like protein containing a caspase recruitment domain,ASC)、半胱天冬酶-1(cleaved caspase-1)、离子型钙结合受体分子-1(ionized calcium binding adaptor molecule-1,Iba-1)、胶质纤维酸性蛋白(glialfibrillary acidic protein,GFAP)、基质金属蛋白-2(matrix metalloproteinases-2,MMP-2)、MMP-9、IL-1β、IL-18、IL-10,丙二醇(MDA)试剂盒测定其含量,超氧化物歧化酶(SOD)试剂盒检测其活性。结果:与Con+Veh组比较,Sur+Veh组小鼠海马NLRP3、cleaved caspase-1、Iba-1、GFAP、MMP-2、MMP-9、IL-1β、IL-18表达水平升高,IL-10水平降低,MDA含量升高,SOD活性降低;与Sur+Veh组比较,Sur+MCC950组小鼠海马NLRP3、cleaved caspase-1、Iba-1、GFAP、MMP-2、MMP-9、IL-1β、IL-18表达明显降低,IL-10表达明显升高,MDA含量降低,SOD活性升高(P<0.05)。结论:手术造成老年小鼠血脑屏障破坏,诱发氧化应激和中枢炎症反应。NLRP3特异性抑制剂MCC950抑制中枢炎症,保护功能受损的血脑屏障,降低氧化应激反应。目的:脓毒症相关性脑病(sepsis-associated encephalopathy,SAE)是脓毒症患者中枢神经系统的并发症,尚不明确其具体的发病机制,且缺乏有效的治疗措施。越来越多的证据表明核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3(nucleotide binding oligomerization domain-like receptor protein 3,NLRP3)/半胱天冬酶-1(caspase-1)通路参与中枢神经退行性疾病。我们假设在SAE中,NLRP3/caspase-1通路调控NLRP3介导的焦亡、炎症因子成熟和释放,导致认知功能下降。方法:4月龄20~30 g雄性C57BL/6小鼠,随机均分六组:假手术+生理盐水组(Sham+Saline组)、假手术+MCC950(NLRP3特异性抑制剂)组(Sham+MCC950组)、假手术+Ac-YVAD-CMK(caspase-1特异性抑制剂)组(Sham+Ac-YVAD-CMK组)、盲肠结扎穿孔术+生理盐水组(cecal ligation and puncture,CLP+Saline组)、盲肠结扎穿孔术+MCC950组(CLP+MCC950组)、盲肠结扎穿孔术+Ac-YVAD-CMK组(CLP+Ac-YVAD-CMK组)。术前30分钟、术后第1,2,4,6天腹腔注射生理盐水、MCC950或Ac-YVAD-CMK,术后7天每组取6只小鼠,用2%戊巴比妥钠腹腔内注射麻醉后,快速断颈取脑,苏木精和伊红染色观察海马CA1区细胞形态,免疫组化分析NLRP3、caspase-1,蛋白质免疫印迹检测NLRP3、ASC、cleaved caspase-1、cleaved GSDMD、IL-1β、IL-18表达,酶联免疫吸附试验测定IL-1β、IL-18含量。其余小鼠于术后2周行旷场实验、条件性恐惧实验。结果:与Sham+Saline组比较,CLP+Saline组术后7天内病死率明显升高。给予MCC950或Ac-YVAD-CMK提高了生存率。旷场实验中总运动距离、中央格停留时间比较差异无统计学意义。在场景性条件恐惧实验中(反映海马依赖性记忆),与Sham+Saline组比较,CLP+Saline组僵直反应时间明显缩短;与CLP+Saline组比较,CLP+MCC950组、CLP+Ac-YVAD-CMK组僵直反应时间明显延长(P<0.05)。在声音关联性条件恐惧实验中(反映非海马依赖性记忆),六组僵直反应时间差异无统计学意义。假手术组海马CA1区锥体细胞层结构完整、排列整齐。在CLP+Saline组中,细胞排列紊乱、细胞质和细胞核深染,可见核固缩。与CLP+Saline组比较,CLP+MCC950组和CLP+Ac-YVAD-CMK组海马CA1区受损细胞数明显减少。与Sham+Saline组比较,CLP+Saline组小鼠海马NLRP3、cleaved caspase-1、cleaved GSDMD、IL-1β、IL-18表达水平升高,海马CA1区NLRP3、caspase-1阳性细胞数增多。与CLP+Saline组比较,CLP+MCC950组小鼠海马NLRP3、cleaved caspase-1、cleaved GSDMD、IL-1β、IL-18水平明显降低,海马CA1区NLRP3、caspase-1阳性细胞数明显减少。与CLP+Saline组比较,CLP+Ac-YVAD-CMK组小鼠海马cleaved caspase-1、cleaved GSDMD、IL-1β、IL-18水平明显降低,海马CA1区caspase-1阳性细胞数明显减少(P<0.05),而NLRP3表达和NLRP3阳性细胞数差异无统计学意义。结论:脓毒症激活NLRP3/caspase-1通路介导细胞焦亡和神经炎症,导致SAE的发生。NLRP3抑制剂MCC950或caspase-1抑制剂Ac-YVAD-CMK阻断NLRP3/caspase-1通路,降低小鼠海马神经焦亡和神经炎症,改善认知功能。
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