蜘蛛香环烯醚萜类激活Nrf2/ARE通路减轻脊髓损伤氧化应激反应的机制研究

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目的通过建立大鼠脊髓损伤模型,探讨蜘蛛香环烯醚萜类对脊髓损伤是否具有抗氧化的保护作用,并研究其对Nrf2/ARE信号通路相关氧化基因的调控作用;此外,选用H2O2诱导PC12细胞氧化损伤模型,从体外进一步探讨蜘蛛香环烯醚萜类激活Nrf2/ARE信号通路对氧化损伤PC12细胞的保护作用机制。方法1.将60只SPF级成年雄性SD大鼠随机分成三组(每组20只):假手术、模型组、10 mg/kg蜘蛛香环烯醚萜类治疗组(治疗组)。选用医用迷你型脑动脉瘤夹(标定力70 g,钳夹10 s)制备大鼠脊髓损伤模型,假手术组只进行椎板切除而不夹伤脊髓,其余组都进行钳夹脊髓损伤。造模成功2 h后,治疗组灌胃10 mg/kg蜘蛛香环烯醚萜类(IRFV)溶液,模型组和假手术组灌胃等体积羧甲基纤维素钠(CMC-Na)溶液,1次/d。3 d后处死大鼠,苏木精-伊红(HE)染色观察脊髓组织病理改变;末端脱氧核苷酸转移酶激活的dUTP缺口末端标记测定法(TUNEL法)观察神经细胞凋亡情况;用酶联免疫吸附法(ELISA)检测血清中氧化应激因子超氧化物歧化酶(SOD)和丙二醛(MDA)的含量;相关生化试剂盒检测脊髓组织中抗氧化酶谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)和过氧化氢酶(CAT)活力;Western blot法检测脊髓组织细胞核转录因子E2相关因子2(Nrf2)及其下游调控因子血红素加氧酶1(HO-1)、NAD(P)H醌氧化还原酶1(NQO1)、谷氨酸半胱氨酸连接酶催化亚基(GCLC)和谷氨酸半胱氨酸连接酶修饰亚基(GCLM)蛋白的表达。2.从体外细胞层面进一步探讨IRFV激活Nrf2/ARE通路减轻氧化损伤PC12细胞的神经保护作用。通过采用不同浓度的过氧化氢(H2O2)(100、200、300、400、500、600、700)μmol/L诱导PC12细胞氧化损伤模型,选用MTT法检测不同浓度H2O2对PC12细胞存活率的影响,确定其最适损伤浓度;将细胞分为四组:正常对照组、H2O2氧化损伤组(模型组)、IRFV+H2O2组(IRFV组)、阳性对照药物维生素C+H2O2组(VC组)。MTT法评估IRFV对氧化损伤PC12细胞的保护作用;倒置显微镜观察细胞形态改变;LDH测定细胞漏出率;Annexin V FITC/PI双染检测细胞凋亡;采用荧光素DCFH-DA探针法测定细胞内活性氧(ROS)水平;相关试剂盒检测MDA含量以及抗氧化酶SOD、GSH-Px和CAT活力;Western blot法检测细胞核Nrf2及其下游调控因子HO-1、NQO1、GCLC和GCLM蛋白的表达。从而进一步揭示IRFV对神经细胞的保护作用机制,为IRFV治疗脊髓损伤提供实验依据及理论基础。结果1.(1)HE染色结果显示:与假手术组相比,模型组大鼠的脊髓组织中观察到脊髓结构严重受损,治疗组有防止神经元形态改变的保护作用,且组织病理学评分显著低于模型组(P<0.05);(2)TUNEL法检测结果显示:假手术组未看到明显的棕黄色的凋亡神经细胞,而模型组中观察到明显的棕黄色的凋亡神经细胞,与模型组相比,治疗组凋亡神经细胞数明显减少,且具有统计学意义(P<0.05);(3)ELISA检测结果显示:与假手术组相比,模型组SOD含量降低和MDA含量增加;与模型组相比,治疗组SOD含量增加(P<0.05),MDA含量显著降低(P<0.01);(4)脊髓损伤后抗氧化酶GSH-Px和CAT活力明显下降;与模型组相比,治疗组GSH-Px(P<0.05)和CAT抗氧化酶活力(P<0.01)显著提高;(5)Western blot检测结果显示:与假手术组相比,模型组NQO1高于假手术组(P<0.05),其它蛋白表达无明显差异;与模型组相比,治疗组中的核Nrf2、NQO1、GCLC和GCLM蛋白的表达水平显著增高(P<0.05),HO-1蛋白表达有一定增加,但无统计学意义(P>0.05)。2.(1)与正常对照组相比,加入500μmol/L H2O2氧化损伤2 h后细胞存活率显著降低(P<0.01),提示造模成功;且80μg/mL IRFV为最佳干预浓度;(2)与正常对照组相比,H2O2氧化损伤显著降低细胞活力(P<0.01),通过IRFV干预后,细胞活力显著增加(P<0.05);(3)与正常对照组细胞相比,H2O2氧化损伤导致细胞突触变短或伪足消失,部分细胞皱缩、脱落,细胞数量减少,通过IRFV干预后,细胞伪足重新伸出,细胞的生长状态明显好转;(4)与正常对照组相比,H2O2氧化损伤导致PC12细胞上清液中LDH漏出量、细胞凋亡率增多(P<0.01),通过IRFV干预后,LDH漏出量和细胞凋亡率明显下降(P<0.01);(5)与正常对照组相比,H2O2氧化损伤增加了PC12细胞中ROS和MDA表达水平,IRFV干预可逆转其作用(P<0.05);(6)与正常对照组相比,H2O2氧化损伤降低PC12细胞抗氧化酶SOD、GSH-Px和CAT活力(P<0.01),IRFV干预后抗氧化酶活力均显著提高(P<0.05);(7)与正常对照组相比,H2O2氧化损伤后细胞核Nrf2、HO-1、NQO1,GCLC和GCLM蛋白的表达水平无明显差别;与模型组相比,通过IRFV干预后,Nrf2、HO-1、NQO1、GCLC和GCLM蛋白的表达水平显著增高(P<0.05)。结论(1)IRFV能改善脊髓损伤模型大鼠的脊髓组织病理损害和降低神经细胞凋亡;以及促进H2O2氧化损伤的PC12细胞增殖、降低细胞LDH漏出量和凋亡率、改善氧化损伤诱导的细胞形态改变,保护细胞膜结构完整,从而发挥神经保护作用。(2)IRFV可以通过降低脊髓损伤模型大鼠和H2O2氧化损伤的PC12细胞脂质过氧化产物MDA以及提高抗氧化蛋白酶CAT、SOD和GSH-Px活力来对抗氧化应激损伤。(3)IRFV可以通过上调脊髓损伤模型大鼠和H2O2氧化损伤的PC12细胞核内的Nrf2及下游抗氧化蛋白酶(NQO1,GCLC和GCLM)逆转氧化应激损伤,从而发挥抗氧化的保护作用。
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