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    雌激素對不同年齡組帕金森病大鼠的影響及其機制

    2015-08-01 00:01:45眭晨燕李學忠周小平陳曉鵬
    基礎醫(yī)學與臨床 2015年10期
    關鍵詞:魚藤酮莫昔芬中腦

    眭晨燕,李學忠,周小平,陳曉鵬

    (江蘇大學附屬人民醫(yī)院 神經內科,江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

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    研究論文

    雌激素對不同年齡組帕金森病大鼠的影響及其機制

    眭晨燕,李學忠*,周小平,陳曉鵬

    (江蘇大學附屬人民醫(yī)院 神經內科,江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

    目的探討雌激素(E2)對魚藤酮誘導的不同年齡組帕金森病(PD)大鼠模型的影響及其機制。方法將24月齡SD大鼠(高齡組)和12周齡SD大鼠(低齡組)分別分為對照組(0.9%氯化鈉溶液)、魚藤酮處理組(魚藤酮2 mg/kg)、雌激素治療組(魚藤酮2 mg/kg和E2 1 mg/kg)和他莫昔芬處理組(魚藤酮2 mg/kg、E2 1 mg/kg和他莫昔芬1 mg/kg),用行為學測試觀察大鼠運動功能改變,免疫組織化學法及Western blot檢測TH及LC- 3表達,高效液相色譜-電化學檢測儀(HPLC-ECD)檢測紋狀體單胺類遞質的變化。結果1)魚藤酮顯著縮短高齡大鼠轉棒潛伏期,延長爬桿時間(P<0.05),雌激素減弱魚藤酮作用,他莫昔芬減輕雌激素作用。2)魚藤酮顯著減少高齡組黑質TH 陽性細胞數和TH表達(P<0.05),雌激素逐漸恢復TH 陽性細胞損失和TH表達,他莫昔芬減輕雌激素作用。3)魚藤酮增加LC- 3表達(P<0.05),雌激素和他莫昔芬對其表達影響不大。4)魚藤酮顯著降低DA及其代謝產物DOPAC含量(P<0.05),升高5-HT含量,高齡組更明顯(P<0.05),雌激素減弱魚藤酮作用,他莫昔芬減輕雌激素作用。5)魚藤酮增加自噬體的數量,雌激素增加自噬溶酶體/自噬體的比例。結論高齡大鼠PD模型更可靠,雌激素通過促進自噬成熟對魚藤酮誘導的大鼠PD模型產生明顯的治療作用。

    雌激素;帕金森?。荒挲g;自噬

    帕金森病(Parkinson disease,PD)主要病理變化是中腦黑質-紋狀體多巴胺能神經元變性、丟失。PD細胞模型予以適當濃度的雌激素(estrogen,E2)可有效減少細胞損傷,促進黑質神經元的存活,機制之一在于通過ERK途徑調節(jié)自噬,促進自噬成熟。為E2有望成為消除腦老化和治療神經變性疾病的候選藥物提供了重要的依據[1]。然而對于腹腔注射E2對不同年齡組PD動物模型起到治療的特點和機制尚不夠明確,本研究旨在采用腹腔注射給藥對E2作用于魚藤酮誘導的PD大鼠模型產生的影響及其機制進行研究。

    1 材料與方法

    1.1 材料

    魚藤酮、雌激素、鼠抗β-actin抗體、他莫昔芬、兔抗LC- 3抗體和HPLC-ECD標準品(Sigma公司);Bradford BCA(Pierce公司);兔抗TH抗體和HRP標記的抗大鼠IgG(Chemicon公司);HRP標記的抗兔IgG及化學發(fā)光底物LumiGLO(Cell Signaling Technology公司);RIPA蛋白抽提液(申能博彩公司);抗兔生物素ABC試劑盒和DAB顯色試劑盒(Vector公司);HPLC級甲醇(英國BDH實驗室);其余均為國產分析純試劑。

    1.2 方法

    1.2.1 動物分組和處理:雄性12周齡SD大鼠40只,平均體質量250 g,24月齡大鼠40只,平均體質量500 g[SPF級 上海西普爾BK實驗動物有限公司提供 合格證號:SCXF(滬)2013- 0007]。80只大鼠隨機分為8組:分別為低齡組(young)4組和高齡組(old)4組,每組10只。對照組(con):0.9% NaCl溶液1.5 mL;魚藤酮處理組(R):魚藤酮溶液1.5 mL(2 mg/kg);雌激素治療組(R+E):魚藤酮溶液0.75 mL(2 mg/kg),雌激素0.75 mL(1 mg/kg);他莫昔芬處理組(R+E+T):魚藤酮溶液0.5 mL(2 mg/kg),雌激素0.5 mL(1 mg/kg),他莫昔芬注射液0.5 mL(1 mg/kg);腹腔注射時,以2 mL注射器刺破腹部皮膚,緩慢推注液體,共3 d。在最后1次注射后8 d處死動物,斷頭取腦。一半冰上快速分離大鼠中腦,分離中腦腹側約1 mm×1 mm×1 mm組織塊用于電鏡觀察,剩余部分左側用于Western blot;右側用于免疫組織化學染色;一半冰上快速分離大鼠紋狀體用于HPLC-ECD法檢測單胺類遞質改變。

    1.2.2 行為學檢測:分別在造模前、后第3天對各組大鼠進行行為學評定。所有行為學檢測均在一恒溫、固定布局、安靜并光照充分的房間進行。并固定由兩名實驗者進行,一人負責儀器操作,另一人負責記錄。1)轉棒耐力檢測:轉棒速度為8周/分,將大鼠置于直徑15 cm的旋轉圓棒上,記錄大鼠被置于棒上至跌落的時間(潛伏期),每只大鼠重復測3次,每次間隔5 min,取平均值。測試前每只大鼠進行2次適應性訓練。2)爬桿檢測:測試前引導大鼠自桿頂爬下至桌面兩次,測試時將大鼠頭端向下置于桿頂(注意桿子用繩子纏好,保證有足夠的摩擦力),記錄大鼠由50 cm高度爬至桿底平面的時間,每只大鼠測3次,每次間隔5 min,取平均值,爬桿稍傾斜,角度80°。

    1.2.3 免疫組織化學染色:冰上快速取出中腦組織后固定于4%多聚甲醛+2%蔗糖中4~6 h,然后浸于30%蔗糖中待組織塊沉底后,OCT包埋后冰凍切片機行中腦連續(xù)冠狀切片,層厚5 μm,采用ABC(avidin biotin-peroxidase complex)法染色,按說明書操作,顯微鏡觀察拍照。

    1.2.4 Western blot檢測:取同等重量左側中腦組織。1)蛋白抽提:取組織冰上按100 mg∶1 mL加入RIPA溶液,勻漿(5 s×7次),冰上靜置30 min,4 ℃,2 000 r/min離心30 min,棄沉淀,取上清液,混勻,-20 ℃保存?zhèn)溆谩?)蛋白印跡:取各組蛋白質10 μg,行SDS-PAGE電泳;電轉膜,5%脫脂奶粉封閉后加入稀釋好的一抗TH、β-actin、LC- 3抗體;4 ℃孵育過夜,次日分別加入二抗,室溫孵育1 h后行化學發(fā)光法顯示結果。3)圖象掃描與灰度測定:掃描底片后,用IMAGE J圖像程序分析軟件分析免疫印跡蛋白條帶灰度值,兩組間目的蛋白條帶與同一樣品β-actin的比值進行比較。

    1.2.5 高效液相色譜-電化學檢測儀(HPLC-ECD)檢測單胺類遞質:取分離的同等重量紋狀體組織,加入100 μL的0.1 mol/L的高氯酸制成勻漿(8.0 microns,10 s,3次),12 000 r/min,4 ℃離心,2次取上清液,上液相系統(tǒng),檢測NE、E、DA、DOPAC、HVA 和5-HT的含量。用BASChrom Graph 115101 色譜控制分析系統(tǒng)進行數據分析。

    1.2.6 透射電鏡檢查:取中腦腹側約1 mm×1 mm×1 mm大小的組織塊,放入4%戊二醛中;4%戊二醛及1%鋨酸雙重固定。丙酮逐級脫水,樹脂包埋。LKB-1型切片機做超薄切片,厚度為50 nm。檸檬酸鉛染色;透射電鏡觀察SD大鼠紋狀體神經元中自噬體的形成和溶酶體激活、攝片。

    1.3 統(tǒng)計學分析

    2 結果

    2.1 動物的行為學檢測

    所有魚藤酮注射大鼠第2天即有捕捉時反抗動作減少的現(xiàn)象,并逐漸出現(xiàn)主動活動減少,動作遲緩,全身抖動,嗜睡;皮毛及尾巴伸直,弓背狀姿勢等PD癥候群特征。隨著注射天數增加活動減少程度加重。高齡組出現(xiàn)肌肉震顫,四肢僵直等類PD癥狀;毛色逐漸發(fā)黃、變臟、有豎毛現(xiàn)象;其中部分大鼠還出現(xiàn)陣攣性驚厥,全身肌緊張、匍匐、呼吸急促。低齡組則未見明顯肌肉顫動和驚厥表現(xiàn),并且在最后1次注射后3 d開始運動能力緩慢好轉,自主活動明顯增多。但高齡組大鼠在最后1次注射后運動能力進一步下降,2周也未見明顯好轉。魚藤酮明顯縮短高齡組轉棒潛伏期,延長爬桿時間(P<0.05);雌激素減弱魚藤酮毒性作用,表現(xiàn)為轉棒潛伏期延長,爬桿時間縮短(P<0.05);他莫昔芬減弱雌激素作用,表現(xiàn)為爬桿時間明顯延長(P<0.05)。爬桿時間高齡組明顯慢于低齡組;部分大鼠甚至時常從桿上滑落(表1)。

    表1 不同年齡和干預對大鼠行為學的影響

    *P<0.05 compared with con group;#P<0.05 compared with R group;ΔP<0.05 compared with R+E group.

    2.2 TH和LC- 3的表達

    1)免疫組織化學染色結果:魚藤酮明顯降低高齡組TH陽性細胞數(P<0.05),雌激素治療后TH陽性細胞增多(P<0.05),但少于對照組(P<0.05),他莫昔芬減輕雌激素作用(P<0.05)(圖1,表2)。2)Western blot結果:魚藤酮顯著減少TH表達(P<0.05),雌激素處理增加TH表達(P<0.05)。他莫昔芬減輕雌激素作用,高齡組更明顯(P<0.05)。魚藤酮明顯增加LC- 3表達(P<0.05),雌激素和他莫昔芬對LC- 3表達影響不大(圖2,表3)。同低齡組相比,高齡組中腦黑質區(qū)域神經元明顯減少,較低齡組對魚藤酮更敏感,更易受損,雌激素的保護作用更明顯,他莫昔芬減輕雌激素作用。

    2.3 紋狀體單胺類遞質的改變

    低齡組單胺類遞質基礎水平比高齡組高,提示神經遞質水平可能發(fā)生隨齡性下降,或者高齡組代謝水平偏低;多巴胺(dopmaine,DA)及其代謝產物二羥苯乙酸(3,4-hydroxy-phenylacetic acid,DOPAC)

    TH positive neurons per high power field圖1 不同年齡和干預對中腦黑質神經元的影響Fig 1 Effect of different age and intervention on substantia nigra neurons(scale bar=100 μm)

    圖2 不同年齡和干預對大鼠中腦TH和LC3表達的影響Fig 2 Effects of different ages and intervention on the expression of TH and LC- 3 rats

    表2 不同年齡和干預對中腦黑質神經元的影響Table2 Effectofdifferentageandinterventiononsub? stantianigraneurons(THpositiveneuronsper highpowerfield,x±s,n=5)group numberofTHpositivecellsyoungcon695±65R494±63R+E594±53R+E+T543±64oldcon587±59R236±47?R+E445±57?#R+E+T323±46?Δ?P<005comparedwithcongroup;#P<005comparedwithRgroup;ΔP<005comparedwithR+Egroup.表3 不同年齡和干預對大鼠中腦TH和LC3表達的影響Table3 Effectsofdifferentagesandintervention ontheexpressionofTHandLC?3rats (x±s,n=5)group banddensity(TH/β?actinprotein)banddensity(LC?3/β?actinprotein)youngcon079±012041±011R042±011?072±013?R+E061±011﹟073±012?R+E+T052±009?067±014?oldcon075±013033±009R014±011?078±014?R+E051±011?#072±015?#R+E+T037±009?#Δ071±023??P<005comparedwithcongroup;#P<005comparedwithRgroup;ΔP<005comparedwithR+Egroup.

    在魚藤酮處理后出現(xiàn)明顯下降(P<0.05),高齡組更明顯,雌激素處理降低下降幅度,他莫昔芬減輕雌激素作用。5-羥色胺(5-hydroxy tryptamine,5-HT)在魚藤酮處理后升高,高齡組更明顯(P<0.05),雌激素處理降低升高幅度,他莫昔芬減輕雌激素作用。去甲腎上腺素(norepinephrine,NE)、腎上腺素(epinephrine,E)、高香草酸(homovanillic acid,HVA)則無明顯改變(表4)。提示高齡組較低齡組對魚藤酮更敏感,更易受損,雌激素的保護作用更明顯。

    2.4 年齡和魚藤酮對SD大鼠黑質神經元自噬成熟的影響以及雌激素的保護作用

    低齡組神經元核膜完整,染色質結構正常,線粒體形態(tài)分布正常,未見自噬體,溶酶體數量未見增多;魚藤酮處理后,染色質邊集,自噬體形成,溶酶體數量有所增多;少許線粒體腫脹變形,大部分嵴結構尚完整,雌激素處理后自噬溶酶體增多,自噬溶酶體/自噬體比例上升,但不明顯。高齡組神經元核膜完整,染色質有邊集,線粒體形態(tài)正常,數量減少,溶酶體數量較低齡組增多;魚藤酮處理后,自噬體迅速增加,少見自噬溶酶體,溶酶體數量有所增多;線粒體腫脹空化,嵴少,雌激素處理后,自噬體數量減少,自噬溶酶體數量增多,自噬溶酶體/自噬體比例明顯增加,他莫昔芬減輕雌激素作用(圖3)。提示魚藤酮可促使自噬體形成和溶酶體數目增加,線粒體受損。雌激素處理后自噬體數量減少,自噬溶酶體/自噬體比例明顯增加,大部分線粒體形態(tài)趨于正常。

    3 討論

    PD是一種老年人常見病。85歲以上老年人中“輕度帕金森樣癥狀”的出現(xiàn)率高達50%。更有人提出,所謂的正常老化已經包括了很多神經變性疾病的臨床前病理進程[2], 這就顯示出老化和PD之間存在著密切聯(lián)系。本研究利用行為學檢測方法,對24月齡和12周齡SD大鼠在選擇性DA能神經毒性物質魚藤酮處理前、后的運動功能變化作了系統(tǒng)觀察。并研究雌激素(estrogen,E2)對不同年齡大鼠保護作用及作用機制。

    表4 不同年齡和干預對大鼠紋狀體單胺類遞質含量的改變

    *P<0.05 compared with con group;﹟P<0.05 compared with R group;△P<0.05 compared with R+E group.

    arrowhead.autophagosomes; arrow.autolysosomes圖3 透射電鏡觀察不同因素處理對大鼠黑質神經元的影響

    研究發(fā)現(xiàn)24月齡大鼠對魚藤酮耐受性較低,運動功能障礙更明顯,且運動障礙代償能力低。但E2在低齡鼠的保護作用不如高齡鼠明顯,可能由于低齡鼠體內E2的基礎水平高于高齡鼠,同樣劑量的E2對高齡鼠的影響相對較大。為進一步探討行為學變化的病理基礎,了解DA代謝狀況,本研究對紋狀體單胺類遞質檢測結果發(fā)現(xiàn)魚藤酮減少DA及其代謝產物DOPAC含量,E2治療后DOPAC含量升高,與對照組無明顯差異。是否這種遞質的含量變化就一定與對DA能神經元的治療作用相平行?答案可能是否定的[3]。而黑質TH陽性細胞數亦表現(xiàn)出隨齡性減少。一般認為,黑質TH陽性神經元的多少可以反映黑質DA能神經元的水平。暴露于魚藤酮后,24月齡大鼠TH陽性細胞數下降程度更明顯,與行為學觀察結果相一致,即相同劑量的魚藤酮在高齡個體產生更為明顯的病理學損害和行為學改變[4]。研究表明,高齡個體血-腦脊液屏障通透性增加,線粒體功能發(fā)生衰退以及氧化應激持續(xù)增高[5],導致其對魚藤酮高度易感,從而產生更為嚴重的類PD癥候群。

    流行病學研究發(fā)現(xiàn)PD在男性中發(fā)生率較高,E2可以使女性PD患者在運動效應中獲益[6]。自噬水平正常可以保護細胞抵御不良刺激,自噬異常導致疾病的發(fā)生。溶酶體功能和自噬效率發(fā)生隨年齡性下降,為老年人中PD發(fā)生率較高提供了一定的理論依據[7]。自噬觸發(fā)受MAPK/ERK 和P38 信號途徑調節(jié)。ERK途徑與自噬成熟相關[8]。E2及其受體參與MAPK/ERK信號調控。本研究發(fā)現(xiàn)老化和魚藤酮均誘導黑質神經元內自噬體形成和溶酶體數量增加,E2治療后自噬體與溶酶體融合增多,自噬溶酶體/自噬體比例增高。研究發(fā)現(xiàn)E2的神經保護作用是與MAPK/ERK信號途徑的激活有關,在阿爾茨海默病中,E2激活MAPK/ERK信號途徑,減少β-淀粉樣蛋白沉積,介導神經保護和認知修復功能[9]。在PD細胞實驗中E2能通過介導ERK的磷酸化調節(jié)自噬途徑來抑制SHSY5Y細胞自噬性死亡[10]。本研究發(fā)現(xiàn)E2雖未能明顯上調LC- 3的表達,但促進自噬體轉化為自噬溶酶體,上調自噬溶酶體/自噬體的比例,促進自噬成熟,減少多巴胺能神經元的損害。

    本實驗通過魚藤酮構建不同年齡組大鼠PD模型,然后腹腔注射E2對其進行治療和機制進行了系統(tǒng)的研究,從行為學、DA代謝和形態(tài)學方面探討了老化作為PD危險因素在該病的發(fā)生發(fā)展中起重要作用,提示高齡大鼠更適合制作PD模型;同時進一步證實了E2通過調節(jié)自噬,促進自噬成熟,從而促進多巴胺能神經元的存活。

    [1] Smith AW,Bosch MA,Wagner EJ,etal.The membrane estrogen receptor ligand STX rapidly enhances GABAergic signaling in NPY/AgRP neurons: role in mediating the anorexigenic effects of 17β-estradiol[J].Am J Physiol Endocrinol Metab,2013,305: E632-E640.

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    食用低脂肪酸奶可減少2型糖尿病風險

    據英國《BBC新聞》(BBC NEWS)2014年2月9日報道,英國劍橋大學的科學家發(fā)現(xiàn),食用各種類型的低脂肪酸奶以及某些低脂肪奶酪可以降低2型糖尿病風險。和不喝酸奶的人相比,食用低脂肪酸奶的人罹患2型糖尿病的風險下降28%。這篇文章發(fā)表在歐洲糖尿病研究協(xié)會會刊《糖尿病學》(Diabetologia)上。

    該論文主要作者法魯西醫(yī)生(Nita Forouhi)認為,此項研究顯示某些食物在預防2型糖尿病上可能有重要功能,和公共健康息息相關。奶制品是重要的蛋白質、維生素和礦物質來源。但同時,它們又含有飽和脂肪,而目前飲食專家建議不要大量攝取,而應選用那些低脂肪的奶制品。

    早期治療抑郁癥有益心臟

    據美國WebMD醫(yī)學新聞網(2014-02-09)報道,最新研究指出,早期治療抑郁癥有助于降低心臟病發(fā)作與腦卒中的風險。

    研究人員評估235位診斷為抑郁癥的年長者,將患者隨機分為服用抗抑郁劑與心理療法,或是由醫(yī)生決定的標準療法。所有患者在研究開始時都沒有心臟病的跡象。

    依據8年的研究結果顯示,相較于使用標準療法的患者來說,接受抗抑郁劑與抑郁癥治療的患者心臟病發(fā)作或腦卒中的風險減少約1/2。

    印第安納大學與普渡大學印地安納波里斯分校的心理學助理教授Jesse Stewart認為,這篇研究最后應該會產生預防心血管疾病的新方法。

    然而,抑郁癥與生理變化有關。那些有抑郁癥的人可能會吸煙、較少運動、飲食不良或是較少服用藥物,這些行為都可能增加心臟病發(fā)作或腦卒中的風險。

    有專家表示,醫(yī)生們在討論到第一次心臟病發(fā)作時,只會考慮到五大風險因素,高血壓、吸煙、糖尿病、膽固醇以及家族史,但不能忽略其他因素,例如久坐、壓力以及憂郁等身心失調的問題。

    這篇研究刊登在身心醫(yī)學(Psychosomatic Medicine)期刊上。

    Effects of estrogen on rats of different age groups with Parkinson’s disease and its mechanisms

    SUI Chen-yan, LI Xue-zhong*, ZHOU Xiao-ping, CHEN Xiao-peng

    (Dept.of Neurology, the Affiliated People’s of Hospital of Jiangsu University, Zhenjiang 212000,China)

    Objective To investigate the effect of estrogen(E2) on different age rat groups of Parkinson’s disease(PD) models induced by Rotenone and its mechanism.Methods 24-month-old SD rats(high age group)and 12-week-age SD rats(low age group)were divided into control group (saline), Rotenone treatment group(Rotenone 2 mg/kg), Estrogen treatment group(Rotenone 2 mg/kg and E2 1 mg/kg)and Tamoxifen treatment group(Rotenone 2 mg/kg, E2 1 mg/kg and Tamoxifen 1 mg/kg). Behavior tests were carried out to observe the change of movement function, Immunohistochemistry and Western blot were used to assess the changes of TH and LC- 3.HPLC-ECD was used to detect possible changes of monoamine neurotransmitters in striatum. Results 1)Rotenone reduced significantly old age rat’s rotarod latencies and prolonged the climbing pole time(P<0.05). E2 ameliorated this effect, Tamoxifen reduced the effect of E2. 2)Rotenone significantly reduced the number of TH positive cells in high age rats(P<0.05), E2 partly restored TH positive cell loss, Tamoxifen reduced this effect of E2, so did the expression of TH protein. 3)Rotenone increased the expression of LC- 3(P<0.05), E2 did not affect the expression of LC- 3, so did Tamoxifen. 4)Rotenone significantly decreased the level of DA and its metabolite DOPAC(P<0.05), elevated the level of 5-HT especially in old rats(P<0.05). E2 downregulated the influence, and Tamoxifen reduced the effect of E2. 5)Rotenone increased the number of autophagosomes, but E2 increased the proportion of autolysosomes/autophagosomes. Conclusions Old age rat PD model was more reliable. Estrogen promoted autophagy mature, and had obvious therapeutic effect on rat PD model induced by rotenone.

    estrogen;Parkinson’s disease;age;autophagy

    2015- 03- 02

    2015- 07- 03

    鎮(zhèn)江市社會發(fā)展項目(SH2014049)

    1001-6325(2015)10-1351-07

    R741

    A

    *通信作者(corresponding author):sudalxz@163.com

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