RhoA/ROCK信号通路调控氟致神经细胞骨架损伤的作用机制

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氟可通过血脑屏障(blood-brain barrier,BBB)进入大脑,导致海马结构损伤,肌动蛋白细胞骨架排布异常,从而破坏突触结构,进而影响神经细胞的功能,但其具体发病机制尚不清楚。RhoA/ROCK信号通路参与调控多种神经功能,如肌动蛋白细胞骨架重排、轴突延长和树突发育等。为了阐明RhoA/ROCK信号通路在氟致神经细胞骨架损伤中的作用机制,本文将从以下几个方面进行研究:1.氟暴露对神经细胞RhoA/ROCK信号通路的影响本研究建立体内和体外氟中毒模型,检测神经细胞RhoA/ROCK信号通路蛋白的表达状态,探讨氟对RhoA/ROCK信号通路的影响。(1)体外试验:将Neuro-2A细胞分为对照组和NaF染毒组(NaF浓度分别为1、2、4、6 m M),处理24 h后,分别用Real-time PCR和Western blot方法检测各组神经细胞RhoA/ROCK信号通路关键蛋白RhoA、ROCK、(p)-cofilin的mRNA以及蛋白表达变化,探讨氟暴露神经细胞RhoA/ROCK信号通路蛋白的表达状态。(2)体内试验:选用8-10周龄ICR小鼠60只(公母比例1:3),随机分为三组,分别为对照组和50、100 m M NaF处理组,通过自由饮水的方式染毒,染毒1个月后公母合笼饲养,让其自由交配,采集子代小鼠大脑进行后续试验。采用Real-time PCR和Western blot方法检测各组神经细胞RhoA/ROCK信号通路关键蛋白RhoA、ROCK、(p)-cofilin的mRNA以及蛋白表达变化,探讨氟暴露子代小鼠大脑RhoA/ROCK信号通路蛋白的表达状态。结果:(1)体外试验结果显示,与对照组相比,不同浓度NaF处理组Neuro-2A细胞RhoA、ROCK和p-cofilin/cofilin蛋白和mRNA表达量均不同程度增加,说明NaF激活神经细胞RhoA/ROCK信号通路。(2)体内试验结果显示,不同日龄和不同浓度NaF处理组小鼠大脑RhoA、ROCK和p-cofilin/cofilin蛋白和mRNA表达量均呈升高趋势,说明NaF激活小鼠大脑RhoA/ROCK信号通路。2.抑制RhoA/ROCK信号通路对氟致神经细胞骨架及突触功能损伤的影响为进一步研究RhoA/ROCK信号通路对氟致神经细胞骨架及突触功能损伤的调控作用,选用Y-27632(ROCK抑制剂,10μM)与不同浓度NaF共同处理Neuro-2A细胞,利用(1)光学显微镜观察神经细胞形态;(2)CCK-8和CCK-F法检测神经细胞存活率;(3)乳酸脱氢酶(LDH)检测试剂盒检测神经细胞膜通透性;(4)谷氨酸含量检测试剂盒测定神经细胞培养上清中神经递质谷氨酸的含量;(5)Real-time PCR和Western blot方法检测神经细胞RhoA/ROCK信号通路关键蛋白RhoA、ROCK、(p)-cofilin的mRNA以及蛋白表达变化;(6)透射电镜观察神经细胞超微结构;(7)F-actin染色观察神经细胞骨架的排布;(8)F-actin/G-actin双染色法研究Y-27632对氟暴露神经细胞肌动蛋白细胞骨架动力学的调控作用;(9)Real-time PCR和Western blot方法检测各组细胞骨架相关蛋白MAP2、Dbn以及神经功能相关蛋白SYP、NMDAR、GABAR蛋白和mRNA表达水平。结果:NaF处理组细胞变圆,细胞数量和突起数量减少,细胞存活率显著降低(P<0.01),LDH浓度显著升高(P<0.01),细胞膜通透性增加,兴奋性神经递质谷氨酸含量极显著降低(P<0.01)。超微结构观察显示NaF导致细胞膜连续性中断,线粒体嵴间隙增宽,粗面内质网扩张。F-actin染色结果显示,与对照组相比,NaF处理组突触数量和树突分枝减少,轴突长度缩短(P<0.01),F-actin/G-actin比值显著降低(P<0.01)。Real-time PCR和Western blot结果显示,NaF可活化RhoA/ROCK信号通路关键蛋白表达,MAP2、Dbn、SYP、NMDAR、GABAR的蛋白和mRNA表达量均降低。加入Y-27632可抑制氟诱导神经细胞RhoA/ROCK信号通路的活化,使NaF处理组细胞存活率和谷氨酸含量均显著升高(P<0.05),线粒体肿胀及粗面内质网扩张程度减轻,神经细胞突触数量及分枝增多,轴突长度显著延长(P<0.01),F-actin/G-actin比值显著回升(P<0.01),肌动蛋白稳态失衡得到部分恢复,MAP2、Dbn、SYP、NMDAR、GABAR的蛋白和mRNA表达量均有所回升,说明Y-27632可缓解NaF引起的细胞骨架和突触功能损伤。3.抑制RhoA/ROCK信号通路对氟致小鼠学习记忆能力下降的影响本研究建立氟中毒体内模型,探讨抑制RhoA/ROCK信号通路对氟暴露小鼠学习记忆能力、海马组织结构和功能的影响。将6-8周龄雄性ICR小鼠随机分为6组,分别为对照组、50 m M NaF处理组、15 mg/kg Fasudil(ROCK抑制剂)处理组、NaF+Fasudil共同处理组(分别腹腔注射5、10和15 mg/kg盐酸法舒地尔注射液,每天一次,并给予50 m M含氟水),各组小鼠通过自由饮水的方式染毒,试验周期为2个月。(1)检测各组小鼠血液中肌酐(CREA)、血尿素氮(BUN)、丙氨酸转氨酶(ALT)和碱性磷酸酶(ALKP)的含量;(2)采用Y-迷宫实验检测各组小鼠学习记忆能力;(3)Real-time PCR和Western blot方法检测各组小鼠大脑RhoA/ROCK信号通路关键蛋白RhoA、ROCK、(p)-cofilin的mRNA以及蛋白表达变化;(4)HE染色观察小鼠大脑海马组织病理学变化;(5)Real-time PCR和Western blot方法检测各组细胞骨架相关蛋白MAP2、Dbn以及神经功能相关蛋白SYP、NMDAR、GABAR的蛋白和mRNA表达水平。结果:各组小鼠血液CREA、BUN、ALKP含量均在正常范围内,NaF+15 mg/kg Fasudil共同处理组ALT含量降低,但无统计学意义,说明本试验Fasudil剂量安全。Y-迷宫结果显示,NaF导致小鼠学习记忆能力显著下降,在食物臂停留时间和运动总距离均减少(P<0.05)。HE染色发现NaF处理组小鼠大脑白质神经元脱髓鞘明显,大脑血管壁水肿,神经元数量减少。Real-time PCR和Western blot结果显示,NaF可活化小鼠大脑RhoA/ROCK信号通路关键蛋白,MAP2、Dbn、SYP、NMDAR、GABAR的蛋白和mRNA表达量均降低。不同浓度Fasudil共同处理后,均可抑制RhoA/ROCK信号通路的活化,使小鼠在食物臂停留时间明显增加,运动总距离显著延长(P<0.05),但其海马病理组织学变化不明显。Fasudil还使MAP2、Dbn、SYP、NMDAR、GABAR的蛋白和mRNA表达量均有所回升,说明Fasudil能缓解NaF引起的细胞骨架和突触功能的损伤,改善小鼠认知功能障碍。结论:NaF可激活神经细胞RhoA/ROCK信号通路,导致细胞骨架和突触结构损伤,抑制神经细胞功能。抑制RhoA/ROCK信号通路可缓解氟致神经细胞骨架损伤和突触功能抑制,提高小鼠的学习记忆能力。
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