岩藻黄素对帕金森病的神经保护作用机制研究

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岩藻黄素是从海藻中提取的最丰富的海洋类胡萝卜素,被认为具有优良的抗氧化活性,可以激活Keap1/Nrf2抗氧化信号通路,但其激活该通路的具体机制仍不清楚。帕金森病(PD)是世界上第二大常见的神经退行性疾病,其中氧化应激是帕金森病发生的重要诱因。因此本研究旨在探究岩藻黄素是否能够通过改变Keap1-Nrf2复合物,从而在细胞和生物体内激活该通路,以达到对6-羟基多巴胺(6-OHDA)诱导的帕金森病模型的保护作用。在本研究中,我们首先使用免疫共沉淀技术探究岩藻黄素对6-OHDA诱导的大鼠嗜铬瘤PC12细胞中Keap1-Nrf2复合物的影响,并借助FortéBio Octet系统对Keap1蛋白与岩藻黄素的亲和力进行深入分析,利用Docking技术研究Keap1蛋白与岩藻黄素的结合方式并通过氨基酸定点突变技术进行了验证。在PC12细胞中,利用Westernblot,瞬时转染以及荧光素酶报告基因检测技术,研究岩藻黄素对Keap1/Nrf2信号通路下游多个抗氧化蛋白和抗氧化反应元件(ARE)基因表达的影响,使用流式细胞仪检测岩藻黄素对6-OHDA诱导的细胞内活性氧(ROS)水平和细胞凋亡情况影响,并用激光共聚焦观察线粒体膜电位的变化。在动物实验中,我们用视频跟踪系统测试岩藻黄素对6-OHDA诱导的斑马鱼行为的改善作用,并通过苏木精-伊红染色法探究岩藻黄素对6-OHDA诱导的斑马鱼脑组织氧化损伤的改善作用,用实时荧光定量PCR探究岩藻黄素对Keap1/Nrf2信号通路多个抗氧化蛋白基因表达的影响。我们发现岩藻黄素可显著抑制Keap1-Nrf2复合物的形成,并且岩藻黄素能够与Keap1蛋白结合,其亲和力高达5.16E-5。通过分子对接实验我们发现,岩藻黄素能够与Keap1蛋白口袋的疏水区域的415位的精氨酸和525位的酪氨酸形成氢键而进行相互作用,将Keap1蛋白与岩藻黄素的两个结合位点的氨基酸同时突变为甘氨酸,随后通过分子互作仪检测发现,岩藻黄素与Keap1突变蛋白的亲和力下降到4.48E+1。此外,在6-OHDA诱导的PC12细胞中,岩藻黄素能够剂量依赖性地逆转6-OHDA对血红素加氧酶-1(HO-1)、NAD(P)H:醌氧化还原酶1(NQO1)、谷氨酰半胱氨酸连接酶调节亚基(GCLM)和谷氨酰半胱氨酸连接酶催化亚基(GCLC)等抗氧化酶表达的抑制,降低6-OHDA引起的细胞凋亡、ROS水平升高和线粒体膜电位损伤。在6-OHDA诱导的斑马鱼实验中,岩藻黄素预处理显著增加了斑马鱼的总游泳距离,改善了斑马鱼中脑颗粒区组织的损伤,抑制了6-OHDA引起的ROS水平并上调了Nrf2、HO-1、GCLC、GCLM等抗氧化酶基因的表达。这些结果表明,岩藻黄素通过靶向Keap1,从而激活Keap1/Nrf2信号通路发挥神经保护作用。鉴于PD治疗药物和方法的匮乏,开展岩藻黄素干预帕金森病的作用靶点及神经保护分子机制研究,将为岩藻黄素在帕金森病治疗中的应用提供实验基础和理论依据,为开发新型有效的抗帕金森病先导化合物提供理论基础。
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