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    SUMO-2/3活化介導(dǎo)丹參對(duì)缺血神經(jīng)元的保護(hù)機(jī)制*

    2015-08-26 05:41:24王慧鋼于思淼劉振林
    天津中醫(yī)藥 2015年7期
    關(guān)鍵詞:泛素丹參天津

    王慧鋼,于思淼,邱 瑾,劉振林

    (1天津市濱海新區(qū)大港小王莊鎮(zhèn)社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)中心,天津300273;2天津中醫(yī)藥大學(xué),天津300193;3天津安捷臨奧腦科醫(yī)院神經(jīng)外科,天津300402)

    ·實(shí)驗(yàn)研究·

    SUMO-2/3活化介導(dǎo)丹參對(duì)缺血神經(jīng)元的保護(hù)機(jī)制*

    王慧鋼1,于思淼2,邱瑾3,劉振林3

    (1天津市濱海新區(qū)大港小王莊鎮(zhèn)社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)中心,天津300273;2天津中醫(yī)藥大學(xué),天津300193;3天津安捷臨奧腦科醫(yī)院神經(jīng)外科,天津300402)

    [目的]從類泛素化(SUMO)角度研究丹參對(duì)缺血性腦血管病后的神經(jīng)元保護(hù)機(jī)制。[方法]原代分離培養(yǎng)SD大鼠海馬神經(jīng)元細(xì)胞,免疫熒光方法予以鑒定;制作神經(jīng)元體外氧糖剝奪(OGD)模型,分為對(duì)照組、OGD組和丹參治療組;酶聯(lián)免疫吸附(ELISA)法檢測(cè)乳酸脫氫酶(LDH)含量,原位凋亡法檢測(cè)凋亡細(xì)胞率;蛋白印記和免疫熒光方法檢測(cè)SUMO-1和SUMO-2/3在細(xì)胞內(nèi)的表達(dá)定量和定位情況。[結(jié)果]所培養(yǎng)細(xì)胞高表達(dá)神經(jīng)元特異性烯醇化酶(NSE)和微管相關(guān)蛋白-2(MAP-2),膠質(zhì)纖維酸性蛋白(GFAP),神經(jīng)元純度大于95%;ELISA結(jié)果顯示,3組中LDH含量對(duì)照組<丹參治療組<OGD組;凋亡細(xì)胞率對(duì)照組<丹參治療組<OGD組;蛋白印記結(jié)果顯示,神經(jīng)元接受OGD處理后SUMO-2/3的蛋白表達(dá)量明顯上升(P<0.05),但SUMO-1無(wú)明顯變化(P>0.05),而丹參治療能夠進(jìn)一步提高SUMO-2/3的表達(dá)(P<0.05);免疫熒光結(jié)果顯示OGD神經(jīng)元發(fā)生了SUMO-2/3由細(xì)胞漿向細(xì)胞核的明顯移位現(xiàn)象,而丹參治療能夠進(jìn)一步增強(qiáng)這種效果。[結(jié)論]丹參能夠通過(guò)誘導(dǎo)SUMO-2/3,而非SUMO-1的活化機(jī)制,發(fā)揮對(duì)缺血神經(jīng)元的保護(hù)作用。

    缺血性腦血管病;小類泛素蛋白;丹參;神經(jīng)元

    DOI:10.11656/j.issn.1672-1519.2015.07.10

    腦卒中是嚴(yán)重危害人類生命健康的神經(jīng)系統(tǒng)疾病之一[1]。丹參能夠通過(guò)擴(kuò)張心腦血管,減少氧自由基生成,保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞等機(jī)制改善腦卒中后的氧化應(yīng)激反應(yīng),增加神經(jīng)保護(hù)作用[2]。新近研究發(fā)現(xiàn),一種類泛素蛋白(SUMO)在腦缺血發(fā)生后可被顯著激活,并對(duì)神經(jīng)元具有肯定的保護(hù)作用[3]。但到目前為止,尚未見(jiàn)到有關(guān)于中藥丹參對(duì)卒中后SUMO通路調(diào)控的報(bào)道。本研究旨在通過(guò)觀察丹參對(duì)體外培養(yǎng)的氧糖剝奪(OGD)神經(jīng)元中3個(gè)最主要的SUMO家族成員SUMO-1~3的表達(dá)調(diào)控,推測(cè)SUMO通路是否介導(dǎo)了丹參對(duì)缺血神經(jīng)元的保護(hù)作用機(jī)制,為未來(lái)基于SUMO這類小分子蛋白物質(zhì)的中成藥物開(kāi)發(fā)提供有價(jià)值的參考和借鑒。

    1 資料與方法

    1.1試劑與動(dòng)物10mL裝丹參注射液(杭州正大青春寶藥業(yè)公司);改良Eagle培養(yǎng)基(DMEM,美國(guó)Gibco公司),胎牛血清(杭州四季青);乳酸脫氫酶(LDH)酶聯(lián)免疫吸附(ELISA)檢測(cè)試劑盒(武漢博士德);原位凋亡檢測(cè)試劑盒(北京百浩);兔抗大鼠神經(jīng)元特異性烯醇化酶(NSE)、微管相關(guān)蛋白(MAP-2)和膠質(zhì)纖維酸性蛋白(GFAP)均購(gòu)自北京中杉公司,兔抗大鼠SUMO-1和SUMO-2/3(北京中原領(lǐng)先);孕齡18 d SD大鼠4只購(gòu)自中國(guó)軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院,飼養(yǎng)于中國(guó)協(xié)和醫(yī)科大學(xué)血液病研究所實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心,無(wú)菌,溫度20~25℃,濕度(50±5)%。

    1.2神經(jīng)元原代培養(yǎng)將SD大鼠脫頸處死,75%乙醇消毒5min,在超凈臺(tái)上取出全腦,小心剝離并去除腦膜及脈絡(luò)叢,分離雙側(cè)海馬,剪成約1mm3的小塊,在孵箱中以0.25%胰蛋白酶消化5min。以1.0×106密度接種細(xì)胞到經(jīng)多聚賴氨酸鋪板過(guò)夜處理的培養(yǎng)皿中,37℃、5%二氧化碳(CO2)、飽和濕度條件下培養(yǎng)。6~8 h細(xì)胞貼壁后,換培養(yǎng)基為含2% B27的Neurobasal,含有B27和0.5mmol/L的谷氨酰胺。培養(yǎng)2~3 d培養(yǎng)基中加入8~10μmol的阿糖胞苷,以抑制或阻止非神經(jīng)細(xì)胞和原代膠質(zhì)增殖。每3天用Neuronbasal使用液半量換液。

    1.3免疫熒光方法鑒定將培養(yǎng)第8天的細(xì)胞用4%多聚甲醛室溫固定30min,1%Triton X-100室溫處理10min,10%羊血清封閉30min,甩去血清,滴加不同稀釋度的MAP-2(1∶500)、GFAP(1∶500)、NSE(1∶500)抗體,置濕盒中4℃過(guò)夜,空白對(duì)照以磷酸鹽緩沖液(PBS)代替一抗;轉(zhuǎn)日滴加適當(dāng)比例稀釋的異硫氰酸熒光素(FITC)或四甲基異硫氰酸羅丹明(TRITC)標(biāo)記二抗,置濕盒中37℃孵育45min;封片劑封片,熒光顯微鏡下觀察。

    1.4神經(jīng)元OGD模型的建立取培養(yǎng)第8天后的神經(jīng)元進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。共分為以下3組:1)對(duì)照組:?jiǎn)渭兒qR神經(jīng)元,不進(jìn)行其他干預(yù)處理。2)OGD組:細(xì)胞置于OGD液中處理4 h,然后吸去OGD液,PBS洗滌,加入標(biāo)準(zhǔn)DMEM高糖培養(yǎng)液繼續(xù)培養(yǎng)20 h。3)以含200mg/L丹參注射液的OGD液取代單純OGD液,其他步驟同2)。

    1.5 LDH活力檢測(cè)上述分組細(xì)胞在培養(yǎng)箱中繼續(xù)培養(yǎng)24 h后按照ELISA說(shuō)明書(shū)對(duì)條件培養(yǎng)液進(jìn)行LDH含量檢測(cè)。

    1.6細(xì)胞原位凋亡檢測(cè)將繼續(xù)培養(yǎng)24 h后的細(xì)胞于4%中性甲醛固定10min,3%過(guò)氧化氫甲醇中浸洗10min,用蛋白酶K孵育15min,PBS洗滌后加入50μL的TUNEL反應(yīng)混合液,在濕盒中37℃孵育60min,4,6-聯(lián)脒-2-苯基吲哚(DAPI)復(fù)染,封片及鏡下觀察。計(jì)算細(xì)胞凋亡率(細(xì)胞凋亡率=凋亡細(xì)胞數(shù)/細(xì)胞總數(shù)×100%)。

    1.7 Western blot方法提取細(xì)胞總蛋白,電泳及轉(zhuǎn)膜后脫脂奶粉封閉1 h,滴加相應(yīng)一抗,抗體稀釋度為SUMO-1(1∶2 000)、SUMO-2/3(1∶2 000)和βactin(1∶500),4℃水平搖床孵育過(guò)夜,次日使用辣根酶標(biāo)記的1∶500稀釋二抗孵育2 h。凝膠成像系統(tǒng)掃描光密度值,Quantity One軟件進(jìn)行定量分析。

    1.8細(xì)胞免疫熒光方法方法同1.3,抗體稀釋度為SUMO-1(1∶1 000)和SUMO-2/3(1∶1 000)。

    1.9統(tǒng)計(jì)學(xué)方法應(yīng)用SPSS18.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析,計(jì)量資料數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(x±s)表示,采用單因素方差分析進(jìn)行組間比較,組間兩兩比較采用Dunnett’sT3法,P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

    2 結(jié)果

    2.1神經(jīng)元鑒定結(jié)果見(jiàn)圖1,TRITC熒光標(biāo)記顯示為紅色細(xì)胞漿著色,F(xiàn)ITC熒光標(biāo)記顯示為綠色細(xì)胞漿著色??梢?jiàn)所培養(yǎng)的細(xì)胞高表達(dá)神經(jīng)元特異標(biāo)記蛋白NSE,其陽(yáng)性表達(dá)率為(96.47±3.45)%和MAP-2,其陽(yáng)性表達(dá)率為(96.22±3.21)%,幾乎不表達(dá)膠質(zhì)細(xì)胞標(biāo)記蛋白GFAP,其陽(yáng)性表達(dá)率為(0.79±0.27)%,同時(shí)綜合上述鑒定結(jié)果,可見(jiàn)所培養(yǎng)的神經(jīng)元細(xì)胞純度較高,即大于95%,符合后續(xù)實(shí)驗(yàn)要求。

    2.2 LDH濃度和細(xì)胞凋亡率測(cè)定結(jié)果由ELISA實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出,對(duì)照組中未經(jīng)任何處理的神經(jīng)元LDH水平非常低,在OGD組神經(jīng)元LDH的水平明顯增高(P<0.01),丹參治療組LDH水平則明顯低于OGD組(P<0.05);細(xì)胞凋亡實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示了相似的趨勢(shì),見(jiàn)表1、圖2。

    圖1 神經(jīng)細(xì)胞標(biāo)志蛋白熒光檢測(cè)Fig.1 The expression of neural cell m arker proteins detected by fluorescenceassay

    表1 不同組別乳酸脫氫酶濃度及細(xì)胞凋亡率比較(x±s)Tab.1 Com parison of lactate dehyd rogenase concentration and the rateof cellapoptosisamong differentgroups(x±s)

    圖2  TUNEL方法檢測(cè)細(xì)胞凋亡情況Fig.2 Cellapoptosisdetected by TUNEL assay

    2.3 Western blot結(jié)果由結(jié)果可以看出游離及共價(jià)結(jié)合狀態(tài)的SUMO-1蛋白表達(dá)水平在3組間沒(méi)有明顯變化(F=0.978,P>0.05),游離狀態(tài)的SUMO-2/3在3組間比較沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(F=1.237,P>0.05)但共價(jià)結(jié)合狀態(tài)的SUMO-2/3在3組間比較有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(F=11.417,P<0.05),見(jiàn)圖3。

    2.4免疫熒光結(jié)果SUMO-1蛋白在3組中均定位于細(xì)胞漿,3組間無(wú)明顯變化;SUMO-2/3在對(duì)照組主要表達(dá)于細(xì)胞漿,接受OGD處理后SUMO-2/3發(fā)生了明顯向細(xì)胞核的轉(zhuǎn)移,在丹參治療組這種趨勢(shì)進(jìn)一步加劇,見(jiàn)圖4。

    圖3  W estern blot檢測(cè)SUMO蛋白表達(dá)水平Fig.3 Expression of SUMO detected by W estern blotassay

    圖4  SUMO成員在不同組中的表達(dá)定位熒光檢測(cè)Fig.4 Expression and localization of SUMO members in the differentgroups detected by fluorescenceassay

    3 討論

    腦卒中是一種突發(fā)的腦血液循環(huán)障礙性疾病,是指因各種誘發(fā)因素引起腦內(nèi)動(dòng)脈狹窄,閉塞或破裂,而造成急性腦血液循環(huán)障礙,臨床上表現(xiàn)為一過(guò)性或永久性腦功能障礙的癥狀和體征[4-6]。主要包括腦梗死、腦出血等疾病,其原因可由動(dòng)脈粥樣硬化加重致血管過(guò)度狹窄、栓子脫落、動(dòng)脈瘤破裂或顱內(nèi)腫瘤內(nèi)灶性出血等引起[7-9]。當(dāng)前臨床治療主要以外科手術(shù)及血管內(nèi)介入治療為主,但這些治療均需要在發(fā)病短時(shí)間內(nèi)接受治療,且治療后期的神經(jīng)功能恢復(fù)大多并不理想,而對(duì)于偏遠(yuǎn)地區(qū)的腦卒中患者受醫(yī)療條件的限制,使死亡和致癱風(fēng)險(xiǎn)倍增[10-13]。因此有必要進(jìn)一步認(rèn)識(shí)腦卒中的病情演進(jìn)機(jī)制,并尋找新的有效的救治性藥物。

    SUMO是一類結(jié)構(gòu)與泛素蛋白相似,但功能迥異的蛋白質(zhì)翻譯后修飾小分子蛋白[14-15]。與泛素蛋白降解靶蛋白機(jī)制不同,SUMO常常與泛素競(jìng)爭(zhēng)靶蛋白結(jié)合位點(diǎn),抑制蛋白遭到由泛素介導(dǎo)的蛋白酶的降解,故而多對(duì)靶蛋白起到一定的保護(hù)作用[16-18]。有研究表明,腦組織急性缺血缺氧發(fā)生后,會(huì)誘發(fā)SUMO循環(huán)通路的快速激活和反應(yīng),特別是使原本存在于細(xì)胞漿中游離狀態(tài)的SUMO-2/3快速與大量靶蛋白結(jié)合,使部分蛋白質(zhì)免于泛素介導(dǎo)的蛋白酶降解,同時(shí)啟動(dòng)細(xì)胞核做出積極的反應(yīng),誘導(dǎo)產(chǎn)生新的神經(jīng)保護(hù)性蛋白,發(fā)揮神經(jīng)損傷修復(fù)作用[19]。

    基于上述理論,筆者首次對(duì)傳統(tǒng)血管保護(hù)性中藥丹參進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,旨在從類泛素化角度研究丹參對(duì)缺血性腦血管病后的神經(jīng)元保護(hù)機(jī)制。首先使用原代分離培養(yǎng)法獲得了高純度的SD大鼠海馬神經(jīng)元細(xì)胞,以其為研究對(duì)象,制作了神經(jīng)元OGD模型,并給予丹參治療。LDH屬糖酵解酶,LDH測(cè)定常用于診斷心肌梗死、肝病和某些惡性腫瘤,其含量的顯著增高常反應(yīng)病情的嚴(yán)重程度[20]。在體外實(shí)驗(yàn)中,常被用來(lái)檢測(cè)所培養(yǎng)細(xì)胞的受損害程度。本研究的結(jié)果顯示,在所檢測(cè)的3組中LDH含量對(duì)照組<丹參治療組<OGD組,提示丹參治療組的神經(jīng)元受損程度明顯低于OGD組,這種趨勢(shì)在原位凋亡實(shí)驗(yàn)中得到相同的驗(yàn)證。這均反應(yīng)丹參作為一種血管保護(hù)性藥物對(duì)于因缺血所致的神經(jīng)元損傷具有肯定的神經(jīng)保護(hù)作用。

    為進(jìn)一步研究其內(nèi)在機(jī)制,筆者利用蛋白印記方法對(duì)SUMO1-3的蛋白表達(dá)水平和蛋白定位進(jìn)行研究。本研究結(jié)果顯示,神經(jīng)元接受OGD處理后SUMO-2/3的蛋白表達(dá)量明顯上升,但SUMO-1無(wú)明顯變化,而丹參治療能夠進(jìn)一步提高SUMO-2/3的表達(dá);免疫熒光結(jié)果顯示OGD神經(jīng)元發(fā)生了SUMO-2/3由細(xì)胞漿向細(xì)胞核的明顯移位現(xiàn)象,而丹參治療能夠進(jìn)一步增強(qiáng)這種效果。由此得出結(jié)論,丹參能夠通過(guò)活化SUMO-2/3,而非SUMO-1的機(jī)制,發(fā)揮對(duì)缺血神經(jīng)元的保護(hù)作用。

    總之,通過(guò)本實(shí)驗(yàn)筆者首次報(bào)道傳統(tǒng)中藥丹參可以通過(guò)激活SUMO循環(huán)通路途徑,誘導(dǎo)多個(gè)靶蛋白的SUMO化作用,對(duì)受損神經(jīng)元發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。這一結(jié)論豐富了丹參對(duì)于腦卒中的神經(jīng)保護(hù)機(jī)制理論,為新型小分子藥物的研發(fā)提供了新的參考。參考文獻(xiàn):

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    (本文編輯:馬英,滕曉東)

    Theactivation of SUMO-2/3mediated protection effectsof Salviam iltiorrhiza on ischem ic neurons

    WANGHui-gang,YU Si-m iao,QIU Jin,LIU Zhen-lin
    (1.Xiaowangzhuang Community Health Service Center,Dagang District,BinhaiNew Areaof Tianjin,Integrated TraditionalChineseand Western Medicine,Tianjin 300273,China;2.Tianjin University of Traditional Chinese Medicine,Tianjin 300193,China;3.Neurosurgenry Department,Tianjin Anjie LinaoBrain Hospital,Tianjin 300402,China)

    [Objective]To study the protectionmechanism of salviamiltiorrhiza on neuronsafter ischem ic cerebral vascular disease from the field ofsmallubiquitin-like protein(SUMOs).[M ethods]The neuronswere cultured from the hippocampalof SD rats,and identified by fluorescence immunoassaymethod.Aftermaking oxygenglucose deprivation(OGD)model for neurons,we designed threegroups for thisstudy:controlgroup,OGDgroup and salviamiltiorrhizagroup.The lactate dehydrogenase(LDH)contentwasdetected by ELISA,and apoptosisby apoptosis in situ.Then the quantitative expression and intracellular localization of SUMO-1and SUMO-2/3 proteinswere detected bywestern blotand immunofluorescencemethod.[Results]The cultured cellswerewith high expression ofneuron specific enolase(NSE)and microtubule associated protein-2(MAP-2),but low levelofglial fibrillary acidic protein(GFAP),the neuron puritygreater than 95%.ELISA results showed that the contentof LDH in the threegroupswere controlgroup<Salviamiltiorrhizagroup<OGDgroup,as well as the results from apoptosis.Western blotting results showed that the level of SUMO-2/3 of neurons received OGD treatmentwas raised significantly(P<0.05),buttherewasno significantchange in SUMO-1(P>0.05),and salviamiltiorrhiza treatmentcan further improve the expression ofSUMO-2/3(P<0.05).Immunohistochemistry resultsshowed that therewasapparentshiftof SUMO-2/3 from cytoplasm to nucleus in OGD neurons,and salviamiltiorrhiza treatment could further enhance this effect.[Conclusion]Salviamiltiorrhiza can induce SUMO-2/3 activation and enhance protecteffectson ischemic neurons.

    ischemic cerebrovascular disease;smallubiquitin like protein;Salviamiltiorrhiza;neuron

    R743

    A

    1672-1519(2015)07-0420-04

    國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(81471175)。

    王慧鋼(1973-),男,主治醫(yī)師,主要從事內(nèi)科系統(tǒng)疾病的中西醫(yī)結(jié)合治療。

    劉振林,E-mail:wjzhenlin817@163.com

    (2015-01-28)

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