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目的:铝是地壳中含量最丰富的金属元素,以铝化合物的形式在自然界广泛存在。在日常生活中,铝化合物主要通过环境、饮食、医药和职业等途径暴露于人体。铝暴露95%以上是通过胃肠道吸收,不同的铝化合物通过不同的方式穿过肠粘膜被机体吸收,同时对肠屏障系统产生损伤作用。铝可增加血脑屏障的通透性,破坏血脑屏障,促进铝更多的进入脑组织。血脑屏障受损会引起神经胶质细胞活化,诱发炎症反应,造成神经细胞死亡,释放炎症因子。铝在大脑内蓄积会导致认知功能障碍,学习记忆力减退,伴有抑郁症状。大量流行病学调查与动物实验研究表明,铝的慢性积累与神经退行性疾病,如阿尔茨海默氏病、帕金森病、亨廷顿氏病和肌萎缩性侧索硬化症等密切相关。细胞焦亡是一种炎性和裂解性的程序性细胞死亡,依赖于gasdermin家族蛋白形成膜孔,进而释放大量的炎性因子,是诸多神经系统疾病的诱导因素。铝可诱发神经炎症,但其是否可引发细胞焦亡及其具体机制尚不清楚。本研究拟建立亚急性和亚慢性的铝暴露动物模型,观察不同阶段脑组织神经炎症的改变,并配合体外实验揭示铝致神经炎症的机制,同时为后续研究脑-肠轴改变进行初步探索。方法:1.建立亚急性铝暴露动物模型。采用Morris水迷宫试验和悬尾试验检测小鼠认知功能和抑郁行为。HE染色和透射电镜观察小鼠脑组织病理损伤和超微结构改变;蛋白质印迹法检测紧密连接蛋白水平评价血脑屏障渗透性;原子吸收法测量血清和脑组织的铝含量;蛋白质印迹法、实时定量PCR法和免疫荧光法检测DDX3X-NLRP3细胞焦亡信号通路的mRNA和蛋白水平。同时,白藜芦醇干预观察其对亚急性铝暴露诱发的认知障碍的影响。建立亚慢性铝暴露动物模型。采用Morris水迷宫试验和悬尾试验检测小鼠认知功能和抑郁行为;HE染色观察小鼠脑组织病理损伤;外源性伊文思蓝渗透试验评价血脑屏障功能,蛋白质印迹法和免疫荧光法检测血脑屏障损伤、细胞焦亡和神经炎症信号通路改变。同时,白藜芦醇干预观察其对亚慢性铝暴露诱发的神经毒性作用的影响。2.AlCl3处理BV2小胶质细胞建立体外细胞模型。采用光学显微镜观察细胞形态;CCK8法观察细胞活力;蛋白质印迹法和免疫荧光法检测小胶质细胞活化水平和焦亡通路相关蛋白;通过免疫共沉淀验证DDX3X与G3BP1和ASC的蛋白相互作用。通过白藜芦醇干预观察其对铝诱导小胶质细胞焦亡的保护作用。si-Ddx3x处理观察DDX3X对铝诱导的小胶质细胞炎性小体组装的调控作用。建立BV2小胶质细胞-HT22神经元条件共培养体系,观察铝激活的小胶质细胞对神经元的损伤作用。3.建立亚慢性铝暴露模型。HE染色观察小鼠小肠组织病理损伤;外源性伊文思蓝含量检测和ELISA法检测血清DAO水平评价肠屏障渗透性;ELISA法检测血清炎性因子的水平;蛋白质免疫印迹法检测肠组织的炎性因子水平;蛋白质印迹法和实时定量PCR法检测紧密连接信号通路改变。同时,白藜芦醇干预观察其对铝所致肠屏障损伤的影响。结果:1.亚急性铝暴露可增加小鼠血清和脑组织的铝含量,可诱导小鼠认知功能障碍和抑郁样行为,血脑屏障破坏,紧密连接蛋白表达降低,造成脑组织病理损伤。此外,亚急性铝暴露可激活NLRP3炎症小体和CASP1依赖的神经细胞焦亡,增加膜孔蛋白GSDMD表达,释放炎症因子IL-1β,促进小胶质细胞和星形胶质细胞活化,引发神经炎症反应。白藜芦醇干预后,铝蓄积减少,小鼠认知功能改善,血脑屏障破坏缓解,病理改变减轻,细胞焦亡抑制,神经炎症降低。亚慢性铝暴露可诱导小鼠认知功能障碍和抑郁样行为,血脑屏障渗透性增加,脑组织外源性伊文思蓝含量增加,紧密连接结构破坏,造成脑组织病理损伤。此外,亚慢性铝暴露可促进胶质细胞活化,激活DDX3X-NLRP3炎性小体相关焦亡通路,释放炎症因子IL-1β和IL-18,引发神经炎症反应。白藜芦醇干预后,小鼠认知功能改善,血脑屏障破坏缓解,病理改变减轻,细胞焦亡抑制,神经炎症降低。2.体外实验中,AlCl3处理BV2小胶质细胞导致小胶质细胞形态损伤、细胞活力降低、活化水平增加和细胞焦亡加剧,白藜芦醇干预可减轻细胞焦亡活性。Ddx3x沉默可抑制铝诱导的小胶质细胞焦亡,DDX3X竞争性参与NLRP3炎症小体组装与G3BP1应激颗粒形成,是细胞命运的调控靶点。此外,条件共培养体系中铝诱导的小胶质细胞过度活化可进一步损伤神经元,神经元形态异常、细胞活力降低、炎性因子升高和细胞焦亡加剧,破坏神经系统稳态。3.亚慢性铝暴露可诱导小鼠小肠组织病理改变,肠粘膜屏障通透性增加,外源性伊文思蓝渗透量及血清中DAO水平增加。铝暴露可诱导血清和小肠组织中IL-1β、IL-18和TNF-α释放增加,激活IRF8/MMP9信号通路,降解紧密连接蛋白CLD1、OCLN和ZO-1,导致肠屏障破坏。白藜芦醇干预后,小肠组织病理改变减轻,肠屏障渗透性降低,炎症因子表达减少,IRF8/MMP9信号通路活性抑制,肠粘膜屏障损伤减轻。结论:1.亚急/慢性铝暴露可诱导小鼠记忆功能障碍和抑郁样行为,诱导小鼠脑组织病理损伤和血脑屏障破坏,激活DDX3X-NLRP3炎症小体细胞焦亡信号通路引发神经炎症;白藜芦醇通过上调SIRT1来减轻BBB损伤,并抑制DDX3X-NLRP3炎性小体细胞焦亡通路发挥神经保护作用。2.铝暴露可引发小胶质细胞活化,激活DDX3X-NLRP3炎症小体细胞焦亡通路,促发神经炎症反应;白藜芦醇和si-Ddx3x对铝诱导的小胶质细胞焦亡具有抑制作用;铝诱导的小胶质细胞过度活化对神经元具有损伤作用,破坏神经系统稳态。3.铝暴露引起小鼠小肠组织病理学改变,肠屏障渗透性增加,炎性细胞因子释放,激活IRF8/MMP9信号通路破坏肠屏障;白藜芦醇通过上调SIRT1表达调控IRF8/MMP9信号通路以抑制肠屏障损伤。