多巴胺和红景天苷通过激活态小胶质细胞影响帕金森病和抑郁症的机制研究

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背景:小胶质细胞是中枢神经系统(CNS)中特异性存在的一类免疫细胞,是各种急性脑损伤中最先做出反应的非神经元细胞。其通常处于静息状态,并在脑损伤、感染和各种神经炎症刺激的情况下被激活并变形成为阿米巴样形态。这种小胶质细胞活化的动态变化过程在生理学上被称为极化过程。研究发现小胶质细胞活化后,可以分泌趋化因子、细胞因子以及其他免疫调节分子。这些分子在退行性脑病、原发性或继发性脑损伤中发挥着重要作用。小胶质细胞激活主要分为两种类型包括有害表型M1型以及有益表型M2型。M1型与M2型可以动态或瞬时的相互改变。小胶质细胞的这一特性与许多脑病密切相关。目前研究发现内源性或外源性刺激可以影响病理生理环境下的小胶质细胞活化。小胶质细胞的过度活跃常导致神经毒性并诱发一些神经系统疾病,这其中就包括帕金森病(Parkinson’s disease,PD)以及抑郁症(depression)。帕金森病最主要的病理变化是中脑黑质多巴胺能神经元的变性死亡从而导致纹状体多巴胺(DA)含量显著性改变。而抑郁症与慢性精神应激刺激高度相关,涉及慢性炎症和中枢神经系统的小胶质激活。天然产物红景天苷(SLDS)是传统中草药的活性成分,长期以来被用来治疗多种炎症相关疾病。研究显示SLDS可以通过减轻过度炎症反应,对肝炎、结肠炎、心肌损伤和脑缺血有较强的保护作用。目前小胶质炎性激活与PD和抑郁症的相关机理仍不明确,且SLDS在调控小胶质炎性激活从而减缓抑郁症状的机理也尚未完全清楚。研究目的:1.探究DA在中枢神经系统中对小胶质细胞的作用以及其在细胞水平和分子水平的作用机制。2.探究红景天苷在治疗抑郁症中所起的作用,以及其调控小胶质细胞的分子机制。实验方法:1.用200 ng/m L的脂多糖(LPS)在BV2细胞系建立M1型激活的小胶质细胞模型,并用Western blotting(WB)技术进行验证。用2μM浓度的DA刺激静息态小胶质与活化的小胶质细胞,观察小胶质细胞的形态变化。用免疫荧光染色法对细胞骨架蛋白-肌动蛋白和波形蛋白进行染色分析,观察他们的表达与分布。通过转染Paxillin-GFP,可视化小胶质细胞内黏着斑的聚合与解聚,明确小胶质细胞的附着与迁移状态。用荧光磁珠吞噬实验,验证小胶质细胞吞噬细胞功能变化。此外,通过WB我们研究了DA对静息小胶质细胞和M1表型小胶质细胞信号通路的差异调控。结合DA受体以及转运蛋白拮抗剂,我们确定了DA是如何将信号转导到细胞的。2.用随机慢性压力策略建立小鼠抑郁模型,并通过糖水实验对模型进行验证。利用强迫游泳实验(FST)、Morris水迷宫(MWM)和旷场实验(OFT)验证SLDS对抑郁小鼠学习能力、空间记忆能力以及移动力等行为的影响。通过免疫荧光染色检测小鼠海马Iba1和CD68的表达,阐述SLDS在体内对小胶质细胞的激活影响。运用WB技术验证SLDS在体内与体外实验中对ERK1/2、P38 MAPK和p65 NF-κB信号通路影响。通过采用RT-PCR与ELISA检测相结合,探究IL-1β、IL-6、IL-18和TNF-α等炎症因子的表达与释放,阐明SLDS在体内与体外实验中对促炎因子的调控作用。最后利用小胶质细胞的上清液培养PC12细胞,结合流式细胞技术和CCK-8检测PC12细胞凋亡变化,从而说明SLDS的神经保护作用。实验结果与结论:1.DA对静息和激活小胶质细胞形态和细胞骨架,黏着斑的聚合与解聚存在差异调节,并调控小胶质细胞的吞噬活性。在静息小胶质中DA对ERK1/2没有影响但激活P38 MAPK,而在激活小胶质中DA抑制ERK1/2和P38 MAPK的磷酸化。在静息小胶质中,DA信号传递并非通过多巴胺受体而是通过多巴胺转运蛋白和单胺转运蛋白进行。DA并未在小胶质细胞的线粒体中进行氧化应激反应传递信号。P38 MAPK的激活进一步调控Paxillin-Ser83的磷酸化。在PD的发展过程中,M1型小胶质细胞的激活存在动态变化。因而DA信号梯度在疾病进展的过程中对小胶质细胞的影响也必然存在差异性。DA对不同激活状态下小胶质细胞的差异调控为揭示PD疾病发展导致的信号传导变化提供理论依据。2.强迫游泳实验、Morris水迷宫和旷场实验的实验结果显示,SLDS治疗可减轻应激小鼠的抑郁行为。SLDS可显著减少应激小鼠海马Iba1和CD68双阳小胶质细胞数量。SLDS可以抑制小胶质细胞的激活,同时抑制ERK1/2、P38 MAPK和p65 NF-κB的激活,并减少应激小鼠神经炎性细胞因子的表达和释放。这一结论同样脂多糖(LPS)诱导原代小胶质细胞的体外实验中被验证;SLDS可以降低LPS激活的小胶质细胞的吞噬活性并改变其形态和附着状态;SLDS可能通过抑制原代小胶质细胞中炎性细胞因子的释放而对PC12细胞起神经保护作用。总而言之,实验数据显示SLDS可以改善抑郁症。SLDS的这种作用可能是通过抑制M1型小胶质细胞的激活,抑制其多种促炎因子的表达与释放,起到了神经保护作用。
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