别孕烯醇酮对6-OHDA模型小鼠神经前体细胞、多巴胺能神经元和运动功能的影响及可能的分子机制

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帕金森病(ParkinsonDisease,PD)作为神经退行性疾病之一,其特征在于黑质多巴胺能神经元的减少和纹状体多巴胺神经递质的耗竭。6-羟多巴胺(6-OHDA)是一种神经毒素,因为它可以损毁中脑黑质中的多巴胺能神经元,因此常被用于PD的动物造模。在PD的治疗中,左旋多巴长期使用会导致更严重的运动障碍,而胚胎或神经干细胞移植治疗PD的方法也饱受质疑。我们前期研究表明,尽管6-OHDA注射后中脑邻近室管膜下区(Subventricularzone,SVZ)和黑质神经前体细胞数目会出现明显升高,但多巴胺能神经元数目及行为学的表现仍未恢复至正常对照组水平。因此,积极寻找促进内源性神经前体细胞向多巴胺能神经元分化或增加新生多巴胺能神经元形成并同时改善PD小鼠行为学症状的措施成为当务之急。别孕烯醇酮(APα)是孕酮类神经甾体激素的衍生物,因具有促神经增生效应而备受关注。但关于APα对6-OHDA模型小鼠神经前体细胞和多巴胺能神经元及行为学的作用和可能的分子机制目前尚不清楚。
  目的
  本研究旨在明确APα对6-OHDA模型小鼠神经前体细胞数目的缺陷是否有改善作用并探讨其可能的分子机制,另外还要证实该作用对黑质-纹状体系统多巴胺能神经元数目及其纤维投射和行为学改善是否有促进作用。
  方法
  本研究分为两个部分,第一部分我们将3月龄体重为20-25g的成年雄性Nestin-CreERTM::ROSA26-LacZ报告基因小鼠随机分为5组:Nacl+DMSO组,Nacl+APα组,6-OHDA+DMSO组,6-OHDA+APα组和6-OHDA+Bic+APα组,其中Nacl和DMSO分别是6-OHDA和APα的溶剂。小鼠纹状体脑立体定位注射6-OHDA或Nacl,在脑立体注射后第7天行皮下注射DMSO或APα,其中6-OHDA+Bic+APα组在APα注射前半小时行腹腔注射荷包牡丹碱(Bicuculline,bic)。于脑立体注射后第2、4、6周进行行为学实验后处死小鼠。通过酶联免疫吸附分析法(Elisa)测定血清、皮质APα水平及纹状体多巴胺含量,用免疫组织化学和免疫荧光染色等方法观察黑质多巴胺能神经元和纹状体神经纤维投射,及各个脑室区神经前体细胞数目变化情况。
  第二部分我们用3月龄体重为20-25g的成年雄性C57BL/6野生小鼠,分组同第一部分,提取皮质和中脑胞膜,胞浆,胞核蛋白及皮质总mRNA分别进行westernblot、实时荧光定量PCR以及免疫共沉淀。结合第一部分结果来探究APα对6-OHDA模型小鼠神经前体细胞作用的分子机制。
  结果
  1、旷场实验,转棒实验,旋转试验结果均显示6-OHDA损伤组小鼠运动功能低于对照组,但是在经过APα处理之后,运动功能有了显著提升,但是应用GABAAR拮抗bic后,运动功能又出现下降。
  2、酶免法结果显示为6-OHDA损伤小鼠大脑皮质内源性APα水平显著降低,但在给予外源性APα处理后,大脑皮质的APα水平提升,同样在应用bic后APα水平下降,但是血清中APα水平并没有表现这种趋势(结果未呈现)。并且无论是血清还是皮质APα水平在注射后2h达到高峰,随着时间推移呈下降趋势。纹状体中的多巴胺水平在6-OHDA损伤组明显下降,在给予APα处理后显著提升,但在应用荷包牡丹碱组显著降低。
  3、X-gal染色结果显示侧脑室,第三脑室,中脑水管等SVZ区的神经前体细胞在受到6-OHDA损伤刺激后会有明显增加,APα有助于侧脑室和第三脑室的这种作用,但是对于中脑水管并无太大作用。
  4、免疫组化检测纹状体TH神经纤维投射和免疫荧光检测黑质TH阳性神经元的结果表明APα处理可以改善6-OHDA损伤后纹状体纤维投射的缺失和黑质多巴胺能神经元的数量的减少。
  5、实时荧光定量PCR检测大脑皮质CaMKIIδ3,BDNF,CDC2mRNA水平结果显示6-OHDA损伤组显著降低,经APα处理后表达上升,应用bic后,各mRNA表达水平降低。
  6、Westernblot检测大脑皮质和中脑胞浆和胞核GABAAR、CaMKIIδ3、p-CaMKIIδ3、BDNF、CDC2、CDK1表达水平的结果显示6-OHDA损伤组各蛋白表达显著减少,经APα处理后,各蛋白表达上升,应用荷包牡丹碱后,各蛋白表达水平下降。
  7、免疫共沉淀法验证CaMKIIδ3和p-CaMKIIδ3相互作用蛋白BDNF和CDK1,结果显示CaMKIIδ3或p-CaMKIIδ3分别BDNF或CDK1有相互作用。
  结论
  这些结果表明APα对于6-OHDA模型小鼠神经前体细胞和黑质多巴胺能神经元数目、纹状体多巴胺水平及小鼠运动功能均有不同程度的促进或改善作用。上述作用可能是APα是通过GABAAR引起CaMKIIδ3磷酸化及核转位继而增加BDNF和细胞周期蛋白的表达来实现的。作为易透过血脑屏障的神经甾体激素,以上结果能够从新的视角揭示APα促神经神经前体细胞增生的分子机制,为APα预防和治疗PD引起的黑质多巴胺能神经元数目减少及其伴随的行为学障碍提供新的靶点。
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