氚照射對(duì)大鼠海馬神經(jīng)細(xì)胞黏附分子L1、NCAM表達(dá)的影響

王永生，姚曉波，蔡二朋，邱 俊，吳翠萍，王明明

氚照射對(duì)大鼠海馬神經(jīng)細(xì)胞黏附分子L1、NCAM表達(dá)的影響

王永生1，姚曉波2，蔡二朋3，邱 俊4，吳翠萍5，王明明1

目的探討低劑量氚照射對(duì)大鼠海馬神經(jīng)細(xì)胞黏附分子L1、神經(jīng)細(xì)胞黏附分子（NCAM）表達(dá)的影響。方法取24 h新生鼠腦海馬細(xì)胞培養(yǎng)，培養(yǎng)第7天以3.7×102、3.7×103、3.7×104、3.7×105、3.7×106Bq／m l終濃度氚水照射細(xì)胞24 h，并設(shè)對(duì)照組（0 Bq／m l），活細(xì)胞工作站測(cè)定各處理組細(xì)胞的遷移距離；Western blot法、免疫細(xì)胞化學(xué)法檢測(cè)各濃度氚水照射下神經(jīng)細(xì)胞黏附分子L1及NCAM蛋白的表達(dá)情況。結(jié)果神經(jīng)細(xì)胞遷移距離測(cè)定結(jié)果顯示，與對(duì)照組相比，受照組細(xì)胞遷移距離明顯縮短，且隨著氚水濃度的不斷增加而逐漸縮短（P＜0.05）；Western blot法、免疫細(xì)胞化學(xué)法檢測(cè)顯示受照組神經(jīng)細(xì)胞黏附分子L1、NCAM蛋白表達(dá)含量均低于對(duì)照組，并隨氚水濃度的升高表達(dá)量呈遞減趨勢(shì)（P＜0.05）。結(jié)論氚照射可致神經(jīng)細(xì)胞黏附分子表達(dá)量減少進(jìn)而可影響神經(jīng)細(xì)胞的正常遷移。

大鼠；氚水；神經(jīng)細(xì)胞黏附分子；神經(jīng)細(xì)胞

腦中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育時(shí)期是哺乳動(dòng)物胚胎發(fā)育的關(guān)鍵階段，有研究［1，2］表明這個(gè)時(shí)期的孕鼠暴露于低濃度氚水輻射下其后代會(huì)出現(xiàn)特征性的大腦皮質(zhì)畸形以及成年后行為表現(xiàn)異常。日本原爆幸存者輻射流行病調(diào)查［3］表明，胎齡8～15周受照幸存者神經(jīng)元前體細(xì)胞增殖及增殖后的細(xì)胞從腦室遷移至大腦皮層的進(jìn)程受到抑制，出現(xiàn)嚴(yán)重智力障礙。神經(jīng)細(xì)胞的遷移過程涉及多種遷移相關(guān)因子參與，在這些遷移相關(guān)因子中神經(jīng)細(xì)胞黏附分子L1、神經(jīng)細(xì)胞黏附分子（neural cell adhesion molecule，NCAM）作為細(xì)胞遷移受體分子在神經(jīng)細(xì)胞軸突生長、神經(jīng)纖維成束、突觸可塑性等方面發(fā)揮重要作用［4］，而低濃度氚水β輻射對(duì)神經(jīng)細(xì)胞黏附分子表達(dá)的影響鮮有報(bào)道。為此，該研究從神經(jīng)細(xì)胞黏附分子L1、NCAM受低濃度氚水輻射后的表達(dá)情況來探討氚對(duì)腦發(fā)育期間神經(jīng)細(xì)胞遷移的影響及機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 72只SPF級(jí)Sprague-Dawley（SD）大鼠，3月齡，購自常州卡文斯實(shí)驗(yàn)動(dòng)物有限公司，大鼠均飼養(yǎng)于本實(shí)驗(yàn)室動(dòng)物房。

1.1.2 試劑及儀器 氚水（中國原子能科學(xué)研究院）；DMEM／F12（1∶1）和B27（美國Gibco公司）；EGF、bFGF、胰蛋白酶、多聚賴氨酸（Poly-L-lysine）、阿糖胞苷（Ara-c）、蘇木精（美國Sigma公司）；新生小牛血清（杭州四季青生物工程材料有限公司）；L1及NCAM抗體（英國Abcam公司）；二抗羊抗兔IgG（北京博奧生物有限責(zé)任公司）；β-actin抗體、HRP標(biāo)記的羊抗小鼠IgG抗體、免疫組化試劑盒、DAB顯色試劑盒（北京中杉金橋生物技術(shù)有限公司）；水合氯醛（上海生物工程有限公司）；SW-CJ-1F型超凈工作臺(tái)（蘇州凈化設(shè)備有限公司）；BX-52型光學(xué)顯微鏡成像系統(tǒng)（日本佳能公司）；XS-212-201型光學(xué)顯微鏡（南京光電集團(tuán)股份有限公司）；2123型CO2孵箱（美國Shellab公司）；Leica AF 6000活細(xì)胞工作站。

1.2 方法

1.2.1 海馬神經(jīng)細(xì)胞的原代培養(yǎng) 取24 h內(nèi)的新生SD大鼠，性別不限，置于無菌操作室內(nèi)，剝離出海馬組織，并用預(yù)冷PBS液沖洗后備用。將所獲得的新生大鼠海馬組織放入無菌玻璃皿中，用眼科剪將其適量剪碎后加入0.125%胰蛋白酶消化20 min，加入同等體積胎牛血清終止消化。將消化后的液體裝入一無菌小玻璃瓶放入低速離心機(jī)（1 000 r／min），離心5 min后在無菌操作臺(tái)上棄去上清液，重新懸浮細(xì)胞，用血細(xì)胞計(jì)數(shù)板計(jì)數(shù)后分別接種在不含蓋玻片和含蓋玻片的6孔板中（6孔板已提前使用0.25%的多聚賴氨酸包被，滅菌雙蒸水清洗3遍），種植密度5×106／皿，加入培養(yǎng)基4 ml，置于37℃、5%CO2飽和濕度的培養(yǎng)箱中。培養(yǎng)24 h后，將培養(yǎng)液半換液，培養(yǎng)第3天時(shí)，加入阿糖胞苷（終濃度為3μg／ml），24 h后去除。此后每2～3 d全換液1次。

1.2.2 細(xì)胞照射和培養(yǎng) 將培養(yǎng)的神經(jīng)細(xì)胞經(jīng)NF160免疫組化染色證實(shí)純度達(dá)90%以上。培養(yǎng)7 d后加入氚水使各培養(yǎng)孔氚水終濃度分別為3.7× 102、3.7×103、3.7×104、3.7×105、3.7×106Bq／ml，照射24 h后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，同時(shí)設(shè)細(xì)胞對(duì)照組。

1.3 活細(xì)胞工作站測(cè)定細(xì)胞遷移距離用Leica AF 6000活細(xì)胞工作站分別觀察各處理組神經(jīng)細(xì)胞的遷移情況，各處理組觀察3個(gè)細(xì)胞，每個(gè)細(xì)胞觀察時(shí)間為8 h，結(jié)果用LAS-AF-LITE 2.3.0軟件進(jìn)行分析。

1.4 Westernblot法檢測(cè)L1、NCAM蛋白的表達(dá)

1.4.1 總蛋白提取及蛋白質(zhì)定量 收集各實(shí)驗(yàn)組神經(jīng)細(xì)胞，用預(yù)冷的PBS漂洗2～3次，按總蛋白提取試劑盒說明書步驟提取神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)。將總蛋白提取液取5μl樣品加入995μl超純水，于分光光度計(jì)下測(cè)量樣本的各組蛋白質(zhì)濃度。根據(jù)測(cè)出的樣品蛋白濃度將其進(jìn)行稀釋，使各組樣本的蛋白質(zhì)終濃度一致。加入等體積蛋白上樣緩沖液混合煮沸8 min，適量分裝，－80℃保存?zhèn)溆谩?/p>

1.4.2 Western blot步驟 配置10%分離膠和5%濃縮膠，取20μl總蛋白上樣，經(jīng)十二烷基硫酸鈉－聚丙稀酰胺凝膠（SDS-PAGE）電泳后，轉(zhuǎn)移到PVDF膜上，5%脫脂奶封閉1～2 h，TBST洗3次；加入一抗L1（1∶1 000）、NCAM（1∶1 000）；4℃封閉過夜，TBST洗3次；加二抗羊抗兔IgG（1∶5 000）室溫孵育1 h，TBST洗3次；ECL工作液發(fā)光顯影，定影晾干。

1.4.3 圖像分析 分別對(duì)各組Western blot結(jié)果進(jìn)行圖像掃描，從各組隨機(jī)抽取3張掃描圖像，以Quantity-One生物醫(yī)學(xué)圖像分析系統(tǒng)進(jìn)行目的條帶半定量分析，各條帶累積光密度（integral optical density，IOD）值／β-actin的IOD值，得到一相對(duì)強(qiáng)度（relative intensity，RI），通過各處理組RI值的比較可得出蛋白表達(dá)的變化規(guī)律。

1.5 免疫細(xì)胞化學(xué)染色法檢測(cè)L1、NCAM蛋白的表達(dá)4%多聚甲醛固定細(xì)胞，室溫15 min，0.5% TritonX-100孵育20 min，3%雙氧水封閉內(nèi)源性過氧化物酶，室溫15 min，正常山羊血清處理，工作液室溫孵育10～15 min，棄去上清液，一抗于37℃孵育2～3 h，生物素化二抗37℃孵育10～15 min，辣根過氧化物酶標(biāo)記的鏈親和素37℃孵育10～15min，DAB顯色，蘇木精復(fù)染細(xì)胞核，脫水，封片。常規(guī)設(shè)立陰性對(duì)照。各組每張蓋玻片分別任意選取3個(gè)不同視野的細(xì)胞，于400倍鏡下拍照，用Image Pro Plus軟件進(jìn)行陽性染色的平均光密度值分析。免疫組織化學(xué)染色以細(xì)胞質(zhì)和（或）細(xì)胞膜出現(xiàn)黃棕色顆粒為陽性。

1.6 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理采用SPSS 16.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析，結(jié)果用±s表示，進(jìn)行單因素方差分析（ANOVA），兩兩比較采用Dunnett-t檢驗(yàn)。

2 結(jié)果

2.1 神經(jīng)細(xì)胞遷移距離遷移距離測(cè)定結(jié)果顯示，與對(duì)照組相比，各受照組神經(jīng)細(xì)胞遷移距離普遍縮短（F＝47.553，P＜0.01），并且隨著氚水濃度的逐漸升高呈現(xiàn)遞減的趨勢(shì)。見圖1、表1。

表1 不同濃度氚水照射下神經(jīng)細(xì)胞的遷移距離（n＝3

表1 不同濃度氚水照射下神經(jīng)細(xì)胞的遷移距離（n＝3

與對(duì)照組比較：**P＜0.01

氚水濃度（Bq／m l）遷移距離（μm）對(duì)照組108.734±13.242 3.7×10278.383±7.707**3.7×10364.053±4.715**3.7×10452.533±2.315**3.7×10537.703±6.203**3.7×10621.302±4.978**

2.2 Westernblot檢測(cè)結(jié)果與對(duì)照組相比，受照組細(xì)胞隨著氚水濃度的增加，神經(jīng)細(xì)胞表達(dá)的L1、NCAM蛋白含量逐漸降低，L1蛋白各組RI值比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F＝74.520，P＜0.01）；NCAM蛋白各組RI值比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F＝12.466，P＜0.01）。見圖2。

2.3 免疫細(xì)胞化學(xué)染色法檢測(cè)結(jié)果與對(duì)照組相比，受照組神經(jīng)細(xì)胞平均光密度值普遍低于對(duì)照組，并隨著氚水濃度的不斷增加而逐漸降低，神經(jīng)細(xì)胞L1、NCAM蛋白平均光密度值比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（F＝53.968，P＜0.01；F＝19.736，P＜0.01）。見圖3。

3 討論

在中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育過程中，神經(jīng)細(xì)胞遷移過程是復(fù)雜并被精細(xì)調(diào)控的，神經(jīng)細(xì)胞在接受胞外信號(hào)后，將信號(hào)傳遞至胞內(nèi)，最終到達(dá)胞內(nèi)細(xì)胞骨架，通過微管、微絲及神經(jīng)細(xì)胞黏附分子等共同作用完成整個(gè)遷移過程，到達(dá)大腦特定部位，構(gòu)成復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)體系，進(jìn)而發(fā)揮正常的腦功能。在神經(jīng)細(xì)胞遷移過程中，任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)異常都會(huì)影響到神經(jīng)細(xì)胞最終的正確定位。細(xì)胞遷移距離結(jié)果顯示，神經(jīng)細(xì)胞受氚水照射后，其遷移距離較對(duì)照組明顯縮短，并且隨著氚水濃度的不斷增大遷移距離逐漸縮短。

神經(jīng)細(xì)胞黏附分子L1、NCAM歸屬于免疫球蛋白超家族，是一種結(jié)構(gòu)復(fù)雜的跨膜糖蛋白，通過親同性和異同性結(jié)合介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞之間及細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)之間的相互作用，能夠多個(gè)分子共同作用于細(xì)胞外區(qū)域，在細(xì)胞質(zhì)內(nèi)也可以與細(xì)胞骨架蛋白actin可逆的結(jié)合［5］。目前的研究［6－8］表明，L1及NCAM充當(dāng)整合素、生長因子的共同受體的同時(shí)也作為一種受體排斥的軸突導(dǎo)向分子。在促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞突觸生長，神經(jīng)細(xì)胞目標(biāo)識(shí)別及神經(jīng)細(xì)胞的正確遷移等過程中起著重要作用。

L1主要影響大腦皮層顆粒細(xì)胞的遷移過程［9］，在神經(jīng)細(xì)胞發(fā)育和突觸形成中都起著非常重要的作用，可通過同親性機(jī)制或與其他的蛋白分子，如整合素、纖粘連蛋白受體和蛋白聚糖等異同性結(jié)合共同介導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞的黏附。Ll還可通過錨蛋白與細(xì)胞骨架相連，參與細(xì)胞遷移運(yùn)動(dòng)過程及可在膜內(nèi)通過它的寡聚甘露糖與NCAM結(jié)合，通過調(diào)節(jié)細(xì)胞黏附的作用來影響神經(jīng)細(xì)胞正常的遷移過程。NCAM主要通過介導(dǎo)同源相鄰細(xì)胞黏附來影響神經(jīng)細(xì)胞的正常遷移過程，其主要通過三種機(jī)制［10］：①兩個(gè)NCAM分子各自的IgⅢ結(jié)構(gòu)域的相互作用；②兩個(gè)NCAM分子的免疫球蛋白結(jié)構(gòu)域反平行結(jié)合；③兩個(gè)NCAM分子上的IgI和IgⅡ結(jié)構(gòu)域的交互結(jié)合。這種同源性結(jié)合可介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途經(jīng)，過程可能與成纖維細(xì)胞生長因子（fibroblast growth factor，F(xiàn)GF）受體有關(guān)。NCAM可以和FGF受體上與NCAM同源的結(jié)構(gòu)域相結(jié)合來調(diào)節(jié)FGF活性，進(jìn)一步激活磷脂酶Cγ產(chǎn)生甘油二酯，通過電壓依賴性鈣通道誘導(dǎo)Ca2＋內(nèi)流，促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞軸突生長，最終影響神經(jīng)細(xì)胞的遷移過程。相關(guān)研究［11］表明電離輻射可導(dǎo)致L1、NCAM的表達(dá)含量降低進(jìn)而影響大腦神經(jīng)細(xì)胞的遷移過程，導(dǎo)致遷移障礙。先前的研究［12］也顯示孕鼠腦受氚β射線輻射后，其神經(jīng)細(xì)胞的L1、NCAM的含量普遍降低，妨礙了神經(jīng)細(xì)胞的正常遷移，導(dǎo)致腦機(jī)能發(fā)生障礙。本研究結(jié)果表明，神經(jīng)細(xì)胞受氚水照射后，L1、NCAM表達(dá)量較對(duì)照組明顯減低，并且呈現(xiàn)出隨氚水濃度不斷增大而逐漸降低的趨勢(shì)，這與細(xì)胞遷移距離的結(jié)果及先前的研究結(jié)果是相一致的，提示氚水可通過影響神經(jīng)細(xì)胞黏附分子L1、NCAM的表達(dá)來影響發(fā)育期間腦神經(jīng)細(xì)胞的正常遷移過程。

綜上所述，氚水照射可下調(diào)仔鼠腦內(nèi)神經(jīng)細(xì)胞黏附分子L1、NCAM的表達(dá)，影響神經(jīng)細(xì)胞黏附及神經(jīng)細(xì)胞軸突生長等方面來妨礙神經(jīng)細(xì)胞的正常遷移，通過研究氚水照射對(duì)發(fā)育中腦的影響可以深入了解氚輻射如何影響神經(jīng)細(xì)胞遷移使神經(jīng)細(xì)胞定位異常而最終導(dǎo)致腦機(jī)能障礙的機(jī)制，為日后預(yù)防氚的危害、治療氚輻射損傷及制定安全衛(wèi)生法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)、管理決策提供重要實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

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Effects of irradiation from tritiated water on the expression of neural cell adhesion molecule L1 and NCAM of hippocam pus in rats

Wang Yongsheng1，Yao Xiaobo2，Cai Erpeng3，et al
（1Institute of Radiation Medicine，School of Clinical Medicine，Anhui Medical University，Hefei 230032；2Dept of Nuclear Medicine，Anhui Provincial Hospital，Hefei 230031；3Dept of Radiology，The Second People’s Hospital，Wuhu 241000）

Objective To explore the effects of low concentrations of tritium irradiation using tritiated water on the expression of neural cell adhesion molecule L1（L1）and neural cell adhesion molecule（NCAM）in vitro.MethodsHippocampal neuron cells from neonatal Sprague-Dawley（SD）rats（24 h）were primarily cultured in DMEM for 7 d，followed by exposure to tritiated water at concentrations of 3.7×102，3.7×103，3.7×104，3.7×105，3.7×106Bq／ml for24 h respectively，and cellswithout tritium irradiation served as control group（0 Bq／ml）.Live Cell Imaging System was performed to detect neuronalmigration capacity.Western blot and immunocytochemistry（ICC）were used tomeasure the expression levels of neural cell adhesion molecule L1 and NCAM.ResultsThe migration distance of irradiated neural cells was significantly shorter than that of the control group and declined gradually with increasing tritiated water（HTO）concentrations（P＜0.05）；Western blot and ICC showed that the expression of L1 and NCAM were both presented a dose-dependent decrease in hippocampalneuron cellswhen irradiated by tritium（P＜0.05）.ConclusionNeurons exposed to tritium irradiation are probably undergoing the decreased expression of neural cell adhesionmolecules，further leading to abnormal neuronalmigration.

rats；tritiated water；neural cell adhesion molecule；neural cell

R 811.5

A

1000－1492（2015）08－1102－05

2015－03－11接收

國家自然科學(xué)基金（編號(hào)：81273003）；安徽省自然科學(xué)基金（編號(hào)：1208085MH162）；安徽省教育廳自然科學(xué)基金（編號(hào)：KJ2011Z162）

1安徽醫(yī)科大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院放射醫(yī)學(xué)研究所，合肥 230032

2安徽省立醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科，合肥 230032

3蕪湖市第二人民醫(yī)院影像科，蕪湖 241000

4安徽省第二人民醫(yī)院MRI室，合肥 230001

5肥東縣人民醫(yī)院呼吸科，合肥 230001

王永生，男，碩士研究生；

王明明，男，副教授，碩士生導(dǎo)師，責(zé)任作者，E-mail：wmgene＠163.com