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背景:抗霉素A(Antimycin A,AMA)是从链霉菌属中提取的A1和A3的混合物。研究表明,AMA能够抑制线粒体呼吸链内部的电子传递,使线粒体内外膜质子梯度降低,造成活性氧大量积累。在正常细胞内,活性氧主要由线粒体呼吸链产生,线粒体呼吸链的紊乱将导致过量的活性氧释放到胞浆中,从而引发氧化应激。
细胞凋亡(apoptosis)是细胞一种程序性死亡,是诱导细胞自杀的过程,一些神经退行性疾病的病理过程与凋亡有关。由于过量的活性氧与细胞凋亡密切相关,因此AMA也常被用来诱导细胞凋亡。
白血病抑制因子(leukemia inhibitory factor,LIF)属于白介素-6(IL-6)家族,许多组织和细胞(活化的T细胞、单核细胞、神经胶质细胞、肝成纤维细胞、骨髓基质细胞、胚胎干细胞等)均可分泌一定量的LIF。研究表明,LIF在中枢神经系统的损伤修复过程中起着重要作用。JAK-STAT信号通路是近年来发现的一条由细胞因子刺激的信号转导通路,参与细胞的增殖、分化、凋亡以及免疫调节等许多重要的生物学过程。IL-6家族细胞因子的作用均与JAK-STAT信号通路有关。
PC12细胞取自大鼠肾上腺髓质嗜铬细胞瘤,加入神经生长因子(NerveGrowth Factor,NGF)后,在形态和功能上向交感神经元分化,常被当做体外神经元模型来作生理、病理及毒理等研究。
目的:本实验通过研究LIF对AMA诱导PC12细胞凋亡的作用,探讨在此过程中LIF引起PC12细胞损伤的机制,从而为治疗神经退行性疾病的研究提供实验基础。
材料与方法:用MTT(3-(4,5)-dimethylthiahiazo(-z-y1)-3,5-di-phenytetrazoliumromide)检测细胞活性,以确定AMA模型组和LIF实验组中细胞的存活数量;分别用Hoechst33342和annexin V-FITC/PI荧光标记细胞,用荧光显微镜和流式细胞仪定性和定量检测细胞凋亡;用氯甲基二氯二氢荧光素二乙酯(6-chloromethyl-2’,7-dichlorodihydrofluorescein diacetate,acetyl ester,M-H2DCFDA)标记细胞,用流式细胞仪分析细胞内荧光强度来检侧细胞内ROS的变化。用超氧化物歧化酶(SOD)检测试剂盒检测细胞内SOD的活性,进一步确定LIF和ROS在此过程中的作用。
结果:
1.模型组AMA能够诱导PC12细胞凋亡,低剂量的LIF(0.5-1 ng/ml)可使减少凋亡细胞的数量,高剂量的LIF则增加凋亡细胞的数量;
2.AMA诱导的细胞凋亡与ROS紧密相关,低剂量的LIF(0.5-1 ng/ml)能够清除PC12细胞内的ROS以提高细胞的存活,高剂量的LIF(25-50 ng/ml)则伴随有ROS的增多;
3.AMA能够诱导细胞抗氧化系统产生紊乱,降低SOD的活性,而低剂量的LIF(0.5-1 ng/ml)加入后SOD的活性增加,剂量达到25 ng/ml后SOD的活性不再增加,反而降低。
结论:实验证实了AMA通过诱导产生ROS,导致细胞凋亡,降低PC12细胞活性,而低浓度的LIF通过减少ROS的产生和提高SOD的活性增加PC12细胞的存活率。当浓度高于25 ng/ml,LIF则通过增加ROS和降低SOD的活性进一步对PC12细胞造成凋亡。结果提示,细胞内ROS的生成量与SOD活性的变化均与JAK-STAT信号传导通路有关。