MEF2C基因沉默对APP/PS1转基因小鼠学习记忆能力及大脑皮层分子病理改变的影响

来源 :贵州医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xblxr
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目的:肌细胞增强因子2C(Myocyte enhancer factor 2C,MEF2C)在神经系统中大量存在并且能够调节神经元的发育、突触的可塑性以及炎症的水平,但其在阿尔茨海默症(Alzheimer disease,AD)中的作用机制尚不清楚。本研究选用AD患者脑组织标本,APPswe/PSEN1d E9双转基因小鼠模型,经Aβ寡聚体(Amyloid peptide oligomers,AβOs)处理的神经母细胞瘤细胞(SH-SY5Y)为研究对象,采用Ad-sh RNA-Mef2c腺病毒侧脑室注射APP/PS1双转基因小鼠、以及GV248-sh RNA-Mef2c转染SH-SY5Y细胞以沉默MEF2C基因,研究:MEF2C和Aβ在AD患者脑组织和APP/PS1双转基因小鼠皮质中表达及分布,以及在AD患者脑组织中二者是否具有相关性;在APP/PS1双转基因小鼠中以及暴露于AβOs的SH-SY5Y细胞模型中,MEF2C是否能够通过调控Nrf2-ARE信号通路水平,减少Aβ的产生和聚集,缓解Aβ的神经毒性作用,改善APP/PS1双转基因小鼠学习记忆能力。方法:(1)人脑组织标本:采用免疫组织化学方法,检测AD患者及对照组(非神经系统疾病)尸解大脑中MEF2C,Aβ的表达及分布;Pearson相关性检验分析MEF2C/Aβ在不同人脑区的相关性。(2)动物实验:采用免疫组织化学方法,检测APP/PS1双转基因小鼠中MEF2C和Aβ的表达及分布;采用蛋白印迹法(Western blot,WB)方法,检测APP/PS1双转基因小鼠脑中MEF2C蛋白的表达;构建使MEF2C沉默的腺病毒载体p DC316-sh RNA-Mef2c-mus-829,用腺病毒包装的方法获得含有目的基因的腺病毒,标记为Ad-sh RNA-MEF2C,分别将沉默病毒及空白病毒对照通过侧脑室注射方法分别处理6月龄和10月龄的APP/PS1的双转基因小鼠和C57野生小鼠;Morris水迷宫测定各组小鼠空间学习及记忆能力;苏木素伊红(Hematoxylin-eosin,HE)染色评估各组小鼠脑组织病理学改变;刚果红染色检测个各组小鼠脑组织皮质中的老年斑的变化情况;原位末端转移酶标记(Td T-mediated d UTP Nick-End Labeling,TUNEL)染色检测各组小鼠脑组织皮质中细胞的凋亡的情况;透射电镜检测各组小鼠脑组织皮质中线粒体的形态的改变;免疫荧光检测各组小鼠中MEF2C/Aβ、IBA1、IL-6在各组小鼠脑皮质中的表达;酶联免疫吸附试验(Enzyme linked immunosorbent assay,ELISA)检测小鼠皮质中白细胞介素-6(Interleukin-6,IL-6)表达水平的变化;生物化学方法测定小鼠皮质中丙二醛(Methane dicarboxylic aldehyde,MDA)含量、超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)的活性;Western blot检测皮质中MEF2C蛋白和Nrf2-ARE信号通路相关蛋白核因子E2相关因子2(Nuclear factor erythroid2-related factor 2,Nrf2)、血红素加氧酶1(Heme oxygenase 1,HO-1)、NADPH醌脱氢酶1(NADPH Dehydrogenase,Quinone1,NQO1)、SOD2,凋亡相关蛋白BAX、Bcl-2,突触相关蛋白突触素(synaptophysin,SYN)、突触后膜蛋白(postsynaptic density 95,PSD-95),β-淀粉样前体蛋白裂解酶1(β-Site amyloid precursor protein-cleaving enzyme1,BACE1)、β-淀粉样前体蛋白裂解酶2(BACE2)等蛋白的表达水平。(3)细胞实验:构建MEF2C沉默质粒GV40-sh RNA-Mef2c,通过Lip3000将GV40-sh RNA空载质粒和GV40-sh RNA-Mef2c质粒转染到SH-SY5Y细胞中,48小时之后暴露于1μmol/L的AβO中,24小时之后收集细胞,通过流式细胞术检测细胞的凋亡以及活性氧(Reactive oxygen species,ROS)的变化情况,收集细胞提取蛋白质,通过Western blot检测细胞中MEF2C、Nrf2、HO-1、NQO1、SOD2、BAX、Bcl-2、SYN、PSD-95等蛋白的表达水平。结果:(1)人脑组织标本:免疫组化结果显示,在AD患者的颞叶、额叶及海马中Aβ沉积明显,在正常对照组中表达较少,MEF2C主要在AD患者和正常对照组颞叶、额叶中表达而海马中基本不表达,并且MEF2C在AD患者组中明显低于正常对照组,Pearson相关性检验分析显示,MEF2C/Aβ在不同脑区表达呈明显的负相关。(2)动物实验:(1)与同月龄的C57野生小鼠相比,6月龄和10月龄的APP/PS1双转基因小鼠皮质中,免疫组化结果显示,MEF2C表达降低,Aβ沉积明显;Western blot结果显示,小鼠皮质中MEF2C蛋白表达降低。(2)和同月龄的注射Ad-sh RNA空载的C57野生小鼠相比,6月龄和10月龄注射Ad-sh RNA空载的APP/PS1双转基因小鼠中,Morris水迷宫结果显示,小鼠的平台逗留时间减少,穿越平台次数减少,逃避潜伏期也有相应增加。和同月龄的注射Ad-sh RNA空载的APP/PS1双转基因小鼠相比,6月龄和10月龄的注射Ad-sh RNA-Mef2c质粒的APP/PS1双转基因小鼠中,Morris水迷宫结果显示小鼠的平台逗留时间减少,穿越平台次数减少,逃避潜伏期也相应增加。(3)和同月龄的注射Ad-sh RNA空载的C57野生小鼠相比,6月龄和10月龄注射Ad-sh RNA空载的APP/PS1双转基因小鼠以及注射Ad-sh RNA-Mef2c的C57野生小鼠的皮质中,HE染色显示,脑组织未发生明显的病理学改变,透射电镜结果显示,皮质中线粒体嵴水肿加重,密度降低,空泡化程度加重,破坏增加。和同月龄的注射Ad-sh RNA空载组的APP/PS1双转基因小鼠相比,6月龄和10月龄注射Ad-sh RNA-Mef2c质粒的APP/PS1双转基因小鼠的皮质中,HE染色显示,脑组织未发生明显的病理学改变,透射电镜结果显示,皮质中线粒体嵴水肿加重,密度降低,空泡化程度加重,破坏增加。(4)和同月龄的注射Ad-sh RNA空载的C57野生小鼠相比,6月龄和10月龄的注射Ad-sh RNA空载质粒的APP/PS1双转基因小鼠皮质中,MEF2C/Aβ、Iba1、IL6免疫荧光结果显示,皮质中MEF2C的表达降低、Aβ沉积明显、Iba1和IL6表达增加,TUNEL结果显示,皮质中细胞的凋亡增加,刚果红染色显示,皮质中的老年斑沉积明显;6月龄和10月龄注射Ad-sh RNA-Mef2c质粒的C57野生小鼠的皮质中,未见Aβ沉积,其余指标和注射Ad-sh RNA的APP/PS1双转基因小鼠变化一致。和同月龄的注射Ad-sh RNA空载的APP/PS1双转基因小鼠相比,6月龄和10月龄注射Ad-sh RNA-Mef2c质粒的APP/PS1双转基因小鼠的皮质中,MEF2C/Aβ、Iba1、IL6免疫荧光结果显示,皮质中MEF2C的表达降低、Iba1和IL6表达升高、小鼠皮质中Aβ沉积增加,刚果红染色显示,小鼠皮质中老年斑沉积有增加的趋势,TUNEL染色结果显示,皮质中细胞的凋亡增加。(5)和同月龄的注射Ad-sh RNA空载的C57野生小鼠相比,6月龄和10月龄注射Ad-sh RNA空载的APP/PS1双转基因小鼠脑皮质中以及注射Ad-sh RNA-Mef2c的C57野生小鼠的脑皮质中,Western blot结果显示,皮质中MEF2C、NRF2、HO-1、SOD2、NQO1、SYN、PSD95、BACE2、BCL-2蛋白表达降低,而BACE1、BAX表达升高,ELISA结果显示,皮质中IL-6的表达升高,生物化学结果显示,皮质中MDA的含量增加,SOD的活性减弱。和同月龄的注射Ad-sh RNA空载的APP/PS1双转基因小鼠相比,6月龄和10月龄的注射Ad-sh RNA-Mef2c质粒的APP/PS1双转基因小鼠皮质中,Western blot结果显示,皮质中MEF2C、NRF2、HO-1、SOD2、NQO1、SYN、PSD95、BACE2、BCL-2蛋白表达降低,而BACE1、BAX表达升高,ELISA结果显示,皮质中IL-6的表达升高,生物化学结果显示,皮质中MDA的含量增加,SOD的活性减弱。(3)细胞实验:在SH-SY5Y细胞中分别转染GV248-sh RNA和GV248-sh RNA-Mef2c、48小时后暴露于1μmol/L AβO中作用24小时。与GV248-sh RNA组相比,在GV248-sh RNA+Aβ和GV248-sh RNA-Mef2c组中,Western blot结果显示MEF2C、NRF2、HO-1、NQO1、SOD2、BCL-2、SYN、PSD95蛋白表达降低,BAX蛋白表达升高;流式细胞术显示,细胞的凋亡和ROS水平增加。与GV248-sh RNA+Aβ组相比,在GV248-sh RNA-Mef2c+Aβ组中,Western blot结果显示MEF2C、NRF2、HO-1、NQO1、SOD2、BCL-2、SYN、PSD95蛋白表达降低,BAX蛋白表达升高;流式细胞术结果显示,细胞的凋亡和ROS水平增加。结论:(1)MEF2C在AD患者脑中表达降低,这可能是AD中Aβ大量聚集以及神经毒性加重的原因之一。(2)MEF2C下调可能通过减少AD动物皮质中Nrf2-ARE信号通路的激活,增加BACE1的水平、降低BACE2的水平,增加Aβ的产生和聚集,损伤突触的可塑性,降低了学习记忆能力。(3)MEF2C下调可能通过减少AD动物皮质中Nrf2-ARE信号通路的激活,提高细胞的氧化应激水平、促进炎症因子的释放,增加了神经细胞的损伤。
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