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    參麻益智方對血管性癡呆模型大鼠Nrf2/HO-1通路及小膠質(zhì)細(xì)胞的影響

    2020-12-30 08:55:48李琨裴卉曹宇馬麗娜李浩
    中國中醫(yī)藥信息雜志 2020年12期
    關(guān)鍵詞:益智膠質(zhì)海馬

    李琨,裴卉,曹宇,馬麗娜,李浩

    參麻益智方對血管性癡呆模型大鼠Nrf2/HO-1通路及小膠質(zhì)細(xì)胞的影響

    李琨1,裴卉2,曹宇2,馬麗娜2,李浩2

    1.北京開放大學(xué),北京 100081;2.中國中醫(yī)科學(xué)院西苑醫(yī)院,北京 100091

    觀察參麻益智方對血管性癡呆(VaD)模型大鼠Nrf2/HO-1通路及小膠質(zhì)細(xì)胞的影響,探討其治療VaD的分子機(jī)制。Wistar大鼠60只隨機(jī)分為空白組、假手術(shù)組、模型組和參麻益智方低、中、高劑量組,各給藥組給予相應(yīng)劑量藥物。大鼠采用微血栓栓塞法造模,給藥4周后進(jìn)行學(xué)習(xí)記憶能力測試,采用RT-qPCR和Western blot分別檢測大鼠海馬組織核因子E2相關(guān)因子2(Nrf2)、血紅素加氧酶1(HO-1)基因和蛋白的表達(dá),免疫組化檢測小膠質(zhì)細(xì)胞激活程度。與假手術(shù)組比較,模型組大鼠水迷宮實(shí)驗(yàn)逃避潛伏期均明顯延長,海馬組織Nrf2、HO-1蛋白和mRNA表達(dá)均明顯升高,iba-1標(biāo)記的小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量顯著增多,標(biāo)記程度增強(qiáng),形態(tài)上胞體變圓,分支減少,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(<0.05,<0.01);與模型組比較,參麻益智方中、高劑量組大鼠水迷宮實(shí)驗(yàn)逃避潛伏期均明顯縮短,Nrf2蛋白和mRNA表達(dá)均明顯升高,參麻益智方高劑量組大鼠HO-1 mRNA表達(dá)顯著升高,參麻益智方中、高劑量組大鼠小膠質(zhì)細(xì)胞被iba-1標(biāo)記的程度減輕,數(shù)量減少,胞體變小,分支細(xì)長,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(<0.05,<0.01)。參麻益智方可明顯改善VaD大鼠模型學(xué)習(xí)記憶能力,其機(jī)制可能與參麻益智方促進(jìn)Nrf2/HO-1通路蛋白及基因表達(dá),以及抑制小膠質(zhì)細(xì)胞過度激活而發(fā)揮抗炎、抗氧化應(yīng)激作用相關(guān)。

    參麻益智方;血管性癡呆;核因子E2相關(guān)因子2;血紅素加氧酶1;小膠質(zhì)細(xì)胞;大鼠

    血管性癡呆(vascular dementia,VaD)是繼發(fā)于缺血性和出血性腦血管疾病的認(rèn)知損害[1]。VaD是發(fā)病人數(shù)僅次于阿爾茨海默病的癡呆類型,嚴(yán)重影響老年人的生命健康和生活質(zhì)量。目前,VaD治療主要依靠藥物,常用藥物包括膽堿酯酶抑制劑、興奮氨基酸受體拮抗劑、促智藥、鈣離子拮抗劑等[2],尚無針對VaD的特效藥物[3]。中醫(yī)藥在治療VaD方面取得了較好的效果[4],參麻益智方由中國中醫(yī)科學(xué)院西苑醫(yī)院周文泉教授的經(jīng)驗(yàn)方化裁而來[5]。參麻益智方臨床治療VaD可有效改善患者認(rèn)知障礙等癥狀,提高M(jìn)MSE量表積分[6]。腦卒中引起的腦損傷是VaD的直接原因,而氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)是加重腦卒中后腦損傷的重要機(jī)制,Nrf2/HO-1通路是抗炎抗氧化的主要通路。本研究觀察參麻益智方對VaD模型大鼠Nrf2/HO-1通路及小膠質(zhì)細(xì)胞的影響,從而明確參麻益智方治療VaD的分子機(jī)制。

    1 材料與方法

    1.1 動物

    SPF級健康雄性Wistar大鼠60只,鼠齡10周,體質(zhì)量260~340 g,北京斯貝福生物技術(shù)有限公司,動物許可證號SCXK(京)2016-0002。飼養(yǎng)于清潔級動物室,自由攝食飲水。

    1.2 藥物

    根據(jù)人與大鼠藥物劑量換算,按3∶3∶3∶2比例取人參、天麻、鬼箭羽、川芎飲片共5.2 kg,飲片由中國中醫(yī)科學(xué)院西苑醫(yī)院中藥房提供,純凈水浸泡,常規(guī)煎煮2次,合并2次藥液,100 ℃恒溫水浴箱濃縮至含原藥材1 g/mL,4 ℃冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>

    1.3 主要試劑與儀器

    血紅素加氧酶1(HO-1)兔多克隆抗體,美國Abcam公司,批號GR237605-11;核因子E2相關(guān)因子2(Nrf2)小鼠單克隆抗體,美國Abcam公司,批號GR293311-1;iba-1兔多克隆抗體,德國Proteintech公司,批號00024334。ZS-001型Morris水迷宮系統(tǒng)(北京眾實(shí)迪創(chuàng)1056001),多功能酶標(biāo)儀(美國BioTek Synergy HTX),SDS-PAGE電泳系統(tǒng)(美國Bio-Rad),凝膠成像系統(tǒng)(美國UVP EC3410),實(shí)時(shí)熒光定量PCR儀(瑞士Roche Light Cycler 96)。

    1.4 分組、造模及給藥

    大鼠適應(yīng)性喂養(yǎng)1周,按隨機(jī)數(shù)字表法分為空白組、假手術(shù)組、模型組和參麻益智方低(3.3 g/kg)、中(6.6 g/kg)、高劑量組(16.5 g/kg),每組10只。參麻益智方低、中、高劑量組藥物濃度依據(jù)人與大鼠藥物劑量換算取得。采用微血栓栓塞法構(gòu)建多梗死性癡呆和腔隙性腦梗死性癡呆大鼠模型[7]。自大鼠腹主動脈取血,靜置24 h形成凝血塊后生理鹽水沖洗,取凝血塊0.5 g,加入生理鹽水10 mL,組織勻漿,200 μm細(xì)胞篩過濾備用。術(shù)前大鼠禁食8 h,腹腔注射4%水合氯醛0.9 mL/kg麻醉,頸部正中切口,分離右側(cè)頸總動脈、頸外動脈,模型組和參麻益智方各劑量組夾閉右側(cè)頸總動脈,結(jié)扎右側(cè)頸外動脈,于結(jié)扎近心端注射制備好的凝血塊0.3 mL,松開頸總動脈夾,傷口碘伏消毒后縫合皮膚??瞻捉M不做任何處理,假手術(shù)組頸外動脈注射0.3 mL生理鹽水后即縫合。術(shù)后第2日各給藥組給予相應(yīng)藥物(6 mL/kg)灌胃,1次/d,連續(xù)4周,模型組及假手術(shù)組予等體積蒸餾水灌胃。

    1.5 記憶功能檢測

    給藥4周后,Morris水迷宮實(shí)驗(yàn)測定大鼠學(xué)習(xí)記憶能力,連續(xù)5 d依次將大鼠放入水迷宮進(jìn)行定位航行實(shí)驗(yàn),每日分別從水迷宮不同象限下水進(jìn)行4次實(shí)驗(yàn),計(jì)算平均逃避潛伏期。

    1.6 Western blot檢測核因子E2相關(guān)因子2、血紅素加氧酶1蛋白表達(dá)

    Morris水迷宮實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,腹腔注射4%水合氯醛麻醉,大鼠主動脈灌流后固定取腦。每組取5只大鼠全腦石蠟包埋,切片后進(jìn)行免疫組化檢測。另5只分離右側(cè)海馬組織,液氮速凍后取部分組織RIPA裂解液裂解,超聲破碎至底部無組織沉淀,制成海馬組織勻漿。冰上孵育20 min,4 ℃、13 000 r/min離心20 min,取上清液,-80 ℃冰箱保存?zhèn)溆?。BCA蛋白定量試劑盒進(jìn)行蛋白定量,加入loading buffer,95 ℃處理5 min,-20 ℃冰箱保存。SDS-PAGF凝膠電泳,蛋白轉(zhuǎn)膜至PVDF膜,TBST洗膜后將PVDF膜放入裝有5%BSA濕盒中搖床孵育30 min,加一抗Nrf2、HO-1、GAPDH,搖床孵育30 min,4 ℃冰箱封閉過夜。TBST洗膜,5%BSA溶液搖床孵育30 min,加二抗,搖床孵育90 min,TBST洗膜。經(jīng)增強(qiáng)型化學(xué)發(fā)光底物覆蓋后,UVP凝膠成像系統(tǒng)成像,Image J圖像分析系統(tǒng)進(jìn)行條帶灰度分析。

    1.7 RT-qPCR檢測核因子E2相關(guān)因子2、血紅素加氧酶1 mRNA表達(dá)

    取部分海馬組織,Trizol試劑盒提取RNA,加入去RNA酶水溶解RNA,DNAaseⅠ去除樣品中DNA,樣品進(jìn)行RNA瓊脂糖凝膠電泳,紫外分光光度計(jì)觀察顯示18 s和28 s兩條RNA條帶,計(jì)算Ratio值在1.8~2.0,證明mRNA完整性好、純度高。引物由北京中美泰和生物技術(shù)有限公司合成,Nrf2上游引物為5’-ATATACGCAGGAGAGGGAAG-3’,下游引物為5’-GTCTTCTGAGTGGCAGTGAT-3’;HO-1上游引物為5’-TCCCATCCTCATCACGTAAC-3’,下游引物為5’-CCAGGCATCTCCTTCCATTC-3’。RNA反轉(zhuǎn)錄為cDNA,PCR擴(kuò)增反應(yīng)體系分別加入2×Ex TaqMix(12.5 μL)、10 μmol/L上游引物及下游引物復(fù)合物(0.75 μL)及其對應(yīng)的cDNA(1.0 μL),再加入ddH2O調(diào)節(jié)液體,總量至25 μL,陰性對照組不加模板RNA。液體充分混勻,置于PCR儀中94 ℃初始變性5 min,94 ℃、30 s→60 ℃、30 s→72 ℃、60 s,循環(huán)40次,4 ℃終止。120 V進(jìn)行DNA瓊脂糖凝膠電泳20 min,凝膠紫外分析儀成像。

    1.8 免疫組化檢測小膠質(zhì)細(xì)胞激活程度

    腦組織經(jīng)脫水、透明、浸蠟、包埋、切片(厚度5 μm)處理后,按1∶500比例進(jìn)行抗體稀釋,加入一抗iba-1 20 μL,置于濕盒37 ℃孵育2 h,4 ℃過夜,次日于37 ℃復(fù)溫45 min,PBS振蕩清洗,每次5 min,連續(xù)5次,加入辣根過氧化物酶標(biāo)記二抗20 μL,置于濕盒37 ℃孵育30 min,PBS振蕩清洗,每次5 min,連續(xù)5次。滴加DAB工作液100 μL至切片組織變?yōu)辄S褐色。

    1.9 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

    2 結(jié)果

    2.1 參麻益智方對大鼠學(xué)習(xí)記憶能力的影響

    與假手術(shù)組比較,模型組大鼠逃避潛伏期明顯延長(<0.01);與模型組比較,參麻益智方高、中劑量組大鼠逃避潛伏期明顯縮短,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(<0.01,<0.05),參麻益智方低劑量組大鼠逃避潛伏期差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(>0.05)。結(jié)果見表1。

    表1 各組大鼠Morris水迷宮實(shí)驗(yàn)逃避潛伏期比較(±s,s)

    注:與假手術(shù)組比較,△△<0.01;與模型組比較,*<0.05,**<0.01

    2.2 參麻益智方對核因子E2相關(guān)因子2、血紅素加氧酶1蛋白表達(dá)的影響

    與空白組比較,假手術(shù)組大鼠海馬組織Nrf2、HO-1蛋白表達(dá)明顯升高,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(<0.05,<0.01);與假手術(shù)組比較,模型組大鼠海馬組織Nrf2、HO-1蛋白表達(dá)均明顯升高(<0.01);與模型組比較,參麻益智方中、高劑量組大鼠海馬組織Nrf2、HO-1蛋白表達(dá)明顯升高,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(<0.05,<0.01)。結(jié)果見表2、圖1。

    表2 各組大鼠海馬組織Nrf2、HO-1蛋白表達(dá)比較(±s)

    注:與空白組比較,#<0.05,##<0.01;與假手術(shù)組比較,△△<0.01;與模型組比較,*<0.05,**<0.01

    注:a.空白組;b.假手術(shù)組;c.模型組;d.參麻益智方低劑量組;e.參麻益智方中劑量組;f.參麻益智方高劑量組

    2.3 參麻益智方對模型大鼠海馬組織核因子E2相關(guān)因子2、血紅素加氧酶1 mRNA表達(dá)的影響

    與假手術(shù)組比較,模型組大鼠海馬組織Nrf2、HO-1 mRNA表達(dá)均明顯升高(<0.05,<0.01);與模型組比較,參麻益智方高、中劑量組大鼠海馬組織Nrf2 mRNA表達(dá)明顯升高(<0.01),參麻益智方高劑量組大鼠海馬組織HO-1 mRNA表達(dá)明顯升高(<0.01)。結(jié)果見表3、圖2。

    表3 各組大鼠海馬組織Nrf2、HO-1 mRNA表達(dá)比較(±s)

    注:與假手術(shù)組比較,△<0.05;△△<0.01;與模型組比較,**<0.01

    注:a.空白組;b.假手術(shù)組;c.模型組;d.參麻益智方低劑量組;e.參麻益智方中劑量組;f.參麻益智方高劑量組

    2.4 參麻益智方對模型大鼠海馬組織小膠質(zhì)細(xì)胞形態(tài)的影響

    鏡下觀察海馬CA1區(qū)iba-1標(biāo)記的小膠質(zhì)細(xì)胞顯示,空白組、假手術(shù)組標(biāo)記的小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量較少,胞體小,分支細(xì)而長;模型組較假手術(shù)組標(biāo)記小膠質(zhì)細(xì)胞數(shù)量顯著增多,標(biāo)記程度增強(qiáng),形態(tài)上胞體變圓,分支減少;參麻益智方低劑量組小膠質(zhì)細(xì)胞形態(tài)略變小,數(shù)量略減少;參麻益智方高、中劑量組較模型組小膠質(zhì)細(xì)胞被iba-1標(biāo)記的程度減輕,較模型組數(shù)量減少,胞體變小,分支細(xì)長。結(jié)果見圖3。

    注:a.空白組;b.假手術(shù)組;c.模型組;d.參麻益智方低劑量組;e.參麻益智方中劑量組;f.參麻益智方高劑量組

    3 討論

    Nrf2/HO-1信號通路是體內(nèi)重要的抗炎、抗氧化通路,Nrf2是體內(nèi)抗氧化應(yīng)激、抗炎的關(guān)鍵性物質(zhì)。Nrf2基因敲除小鼠VaD癥狀較野生型更重[8]。正常條件下Nrf2的Neh2功能區(qū)與Keap1 DGR功能區(qū)相連形成異二聚體,使Nrf2錨定于細(xì)胞質(zhì)中。腦缺血缺氧時(shí),Nrf2與Keap1解偶聯(lián),從而激活Nrf2,使Nrf2發(fā)生核轉(zhuǎn)位,與ARE反應(yīng)元件結(jié)合,從而激活下游200多種基因的表達(dá)[9]。HO-1是其中一種重要的酶,通過分解血紅素的分解產(chǎn)物而產(chǎn)生抗炎、抗氧化的作用[10],HO-1在腦內(nèi)主要分布于小膠質(zhì)細(xì)胞及星形膠質(zhì)細(xì)胞中。

    本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,模型組大鼠海馬組織Nrf2、HO-1蛋白含量較假手術(shù)組、空白組高,提示缺血缺氧后Nrf2、HO-1表達(dá)升高,從而發(fā)揮抗氧化、抗炎作用;參麻益智方中、高劑量組大鼠海馬組織Nrf2、HO-1蛋白表達(dá)較模型組明顯升高,提示中、高劑量參麻益智方可提高大鼠海馬組織內(nèi)細(xì)胞Nrf2的表達(dá),Nrf2在發(fā)生核轉(zhuǎn)位后激活下游基因HO-1的表達(dá),與胡躍強(qiáng)等[11]研究一致。免疫組化結(jié)果顯示,與空白組及假手術(shù)組比較,模型組iba-1標(biāo)記的小膠質(zhì)細(xì)胞激活數(shù)量增多,胞體變圓,分支減少,呈阿米巴狀,而參麻益智方中、高劑量組小膠質(zhì)細(xì)胞胞體相對較小,分支多而長,激活數(shù)量減少,從組織層面提示參麻益智方可抑制小膠質(zhì)細(xì)胞激活,減輕炎癥反應(yīng)。推測參麻益智方通過Nrf2/HO-1通路抑制炎癥,從而抑制小膠質(zhì)細(xì)胞的激活。為了進(jìn)一步驗(yàn)證本結(jié)果,采用RT-qPCR檢測Nf2、HO-1 mRNA表達(dá),結(jié)果顯示,參麻益智方中、高劑量組可提高Nrf2、HO-1 mRNA的表達(dá),從基因?qū)用嫣崾緟⒙橐嬷欠酵ㄟ^Nrf2/HO-1通路發(fā)揮抗炎、抗氧化的作用,從而改善模型大鼠的學(xué)習(xí)記憶能力。

    VaD屬中醫(yī)學(xué)“呆證”范疇,《素問?調(diào)經(jīng)論篇》有“血并于下,氣并于上,亂而喜忘”,《雜病源流犀燭?中風(fēng)》“中風(fēng)后善忘”。周文泉[12]認(rèn)為VaD是臟腑功能失調(diào),中風(fēng)形成的病理產(chǎn)物痰濁瘀血停留于腦竅,形成窠囊,神明失用而致智能障礙,其病機(jī)以臟腑功能失調(diào)為本,以痰瘀阻絡(luò)為標(biāo)。

    參芪益智方由人參、天麻、鬼箭羽、川芎4味藥物組成,其主要功效是益氣活血增智,其中君以人參,可大補(bǔ)元?dú)?、安神、益智。《神農(nóng)本草經(jīng)》記載人參“主補(bǔ)五臟,安精神,止驚悸,除邪氣,明目,開心益智”。相關(guān)研究表明,人參有效成分可提高癡呆大鼠學(xué)習(xí)記憶能力,其機(jī)制與減輕炎癥反應(yīng)和抗氧化應(yīng)激有關(guān)[13]?!睹t(yī)別錄》認(rèn)為人參有“令人不忘”功效。臣以天麻,可平肝熄風(fēng)止痙。《藥性論》認(rèn)為天麻可治療“癱緩不遂,語多恍惚,多驚失志”。川芎活血行氣,上行頭目,引藥上入于腦,鬼箭羽破血通經(jīng),增強(qiáng)全方化瘀之力,二藥共為佐使藥。

    VaD目前發(fā)病機(jī)制不明,西藥治療效果并不理想,而中醫(yī)藥對VaD有較好療效,積極探索中醫(yī)藥治療VaD機(jī)制,可為VaD的研究和治療提供新思路。

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    Effects ofPrescription on Nrf2/HO-1 Pathway and Microglia in Ratswith Vascular Dementia

    LI Kun1, PEI Hui2, CAO Yu2, MA Lina2, LI Hao2

    To evaluate the effects ofPrescription on Nrf2/HO-1 pathway and microglia in rats with vascular dementia (VaD); To explore its molecular mechanism of VaD treatment.Totally 60 Wistar rats were randomly divided into blank group, sham-operation group, model group,Prescription low-, medium-, and high-dosage groups. Each administration group was given relevant dosage of medicine. Microthromboembolism was used to create the model. The learning and memory abilities of model rats were tested after 4 weeks of administration. RT-qPCR and Western blot were used to detect the expressions of Nrf2, HO-1 protein and gene in hippocampus of rats. Activation of microglia was detected by immunohistochemistry.Compared with the sham-operation group, the escape latency of the water maze experiment in the model group was significantly prolonged, the protein contents of Nrf2 and HO-1 increased, the mRNA expressions of Nrf2 and HO-1 increased, the number of microglia labeled by iba-1 significantly increased, the degree of labeling was enhanced, the cell body became round and the branches decreased, with statistical significance (<0.05,<0.01). Compared with the model group, the escape latency of the water maze experiment inPrescription medium- and high-dosage groups was significantly shortened, the expression of protein and mRNA of Nrf2 significantly increased, the expression of HO-1 mRNA significantly increased inPrescription high-dosage group, the degree of microglia labeled by iba-1 was reduced inPrescription medium- and high-dosage groups, the number of microglia was decreased, the cell body was smaller, and the branches were slender, with statistical significance (<0.01,<0.05).Prescription can significantly improve the learning and memory abilities of VaD rats. The mechanism may be related to the anti-inflammatory and anti-oxidative stress effects ofPrescription on promoting Nrf2/HO-1 pathway protein and gene expression, and inhibiting the over activation of microglia.

    Prescription; vascular dementia; Nrf2; HO-1; microglia; rats

    R285.5

    A

    1005-5304(2020)12-0038-05

    10.19879/j.cnki.1005-5304.202005163

    國家自然科學(xué)基金(81603616);北京市科委“十病十藥”研發(fā)項(xiàng)目(Z171100001717016)

    李浩,E-mail:xyhplihao1965@126.com

    (2020-05-12)

    (2020-06-15;編輯:華強(qiáng))

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