袁 永,宋軍營,王叢笑,賈亞泉,謝治深,蔡 菊,房紅鍇,張振強(qiáng)
(河南中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)藥科學(xué)院 鄭州 450046)
阿爾茨海默病是一種發(fā)生于老年人中的中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病,是老年癡呆最常見的類型。多年來,該病發(fā)病率呈逐年上升趨勢,嚴(yán)重危害老年人的身心健康和生活質(zhì)量[1,2]?!唉?淀粉樣蛋白級聯(lián)假說”是基于Aβ(amyloid β-protein,Aβ)異常沉積這一病理特征所建立的AD 病因假說,該假說認(rèn)為,腦內(nèi)Aβ 的積累具有神經(jīng)毒性,過量的Aβ 會造成神經(jīng)細(xì)胞的氧化應(yīng)激、突觸改變、Tau 蛋白磷酸化、神經(jīng)遞質(zhì)丟失等,以及膠質(zhì)細(xì)胞的增生和炎癥反應(yīng)[3-4]。這些改變能夠進(jìn)一步引起神經(jīng)系統(tǒng)的病理損傷,如老年斑塊形成、神經(jīng)纖維纏結(jié)等,造成神經(jīng)元功能障礙甚至變性和死亡,進(jìn)而導(dǎo)致AD 的發(fā)生。根據(jù)AD 發(fā)生的過程,降低細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激,抑制神經(jīng)細(xì)胞變性、凋亡,促進(jìn)神經(jīng)細(xì)胞修復(fù)等已成為研究熱點(diǎn)[5]。
FoxO3a作為一種重要的叉頭蛋白轉(zhuǎn)錄因子,能夠通過與其所識別DNA元件相結(jié)合,調(diào)控靶基因的轉(zhuǎn)錄和翻譯,在調(diào)控細(xì)胞周期、凋亡、活性氧清除、自噬、細(xì)胞穩(wěn)態(tài)和氧化應(yīng)激反應(yīng)等方面發(fā)揮重要作用[6-7]。有研究表明,血清中FoxO3a 水平的變化可用來區(qū)分AD與輕度認(rèn)知障礙(Mild Cognitive Impairment,MCI)以及AD 與正常衰老(geriatric control,GC),可能成為治療AD 的 潛 在 新 靶 點(diǎn)[8-9]。 FoxO3a 和 Bim(Bcl-2 interacting mediator of cell death)在神經(jīng)細(xì)胞中過表達(dá),會導(dǎo)致Aβ 的產(chǎn)生并過度積累,進(jìn)而引起神經(jīng)毒性,該過程是AD的病理發(fā)展重要因素[10]。另有研究發(fā)現(xiàn),在H2O2誘導(dǎo)的人神經(jīng)母瘤細(xì)胞(SH-SY5Y)模型中,有多種藥物可通過SIRT/FoxO3a 通路提升超氧化物歧化 酶(superoxide dismutase,SOD)和 過 氧 化 氫 酶(catalase,CAT)的酶活性,減少細(xì)胞內(nèi)的ROS,降低氧化應(yīng)激造成的細(xì)胞死亡,從而保護(hù)神經(jīng)細(xì)胞不受氧化應(yīng)激損傷[11,12]。磷酸化是Forkhead 轉(zhuǎn)錄因子家族成員重要的上游修飾途徑,激活A(yù)KT(Protein Kinase B)可使FoxO3a 磷酸化,磷酸化的FoxO3a 從細(xì)胞核轉(zhuǎn)運(yùn)至細(xì)胞質(zhì),經(jīng)過泛素化修飾而降解,失去其轉(zhuǎn)錄活性,從而導(dǎo)致細(xì)胞增殖,反之亦然[13,14]。因此,通過FoxO3a與磷酸化FoxO3a(p-FoxO3a)的轉(zhuǎn)化,間接調(diào)節(jié)下游凋亡相關(guān)基因的表達(dá),是干預(yù)神經(jīng)細(xì)胞的凋亡的方式之一。
中醫(yī)認(rèn)為老年癡呆的病因多以內(nèi)因?yàn)橹?,或因腎精虧耗,氣血不足,痰瘀互阻,腦髓失養(yǎng);或因七情內(nèi)傷,久病耗損,年邁體虛,致氣、血、痰、郁、瘀等病邪為患。在癡呆的辨證分型方面主要以腎虛和痰證為主,治療也多以補(bǔ)腎益髓、化瘀止痰、補(bǔ)腎活血等為主要方法[15,16]?,F(xiàn)代中西醫(yī)結(jié)合研究證實(shí),大腦皮質(zhì)及海馬區(qū)的神經(jīng)細(xì)胞大量減少是其主要病理特征之一,而腦內(nèi)Aβ 不斷積累所造成的的神經(jīng)細(xì)胞氧化應(yīng)激、凋亡等是造成這一特征的重要原因。
六味地黃丸是宋代錢仲陽依據(jù)《金匱要略》所載崔氏八味丸去桂枝、附子而成,是中醫(yī)填精、滋陰、補(bǔ)腎的經(jīng)典方劑。在臨床應(yīng)用中發(fā)現(xiàn),六味地黃丸可以通過調(diào)節(jié)內(nèi)分泌、降壓降脂、降血糖等來防治癡呆、高血壓、糖尿病等老年疾病,在改善AD 患者的記憶、智力、精神和行為等方面具有較明顯的效果,其機(jī)理可能與改善腦內(nèi)代謝,抗氧化,減少神經(jīng)細(xì)胞凋亡有關(guān)[17,18]。在減輕Aβ 的神經(jīng)細(xì)胞毒性方面,六味地黃丸也具有顯著效果[19]。有研究表明,六味地黃丸在改善AD 模型小鼠的記憶和認(rèn)知功能方面有明顯效果,可以不同程度地改善或延緩AD 病程的發(fā)展,甚至達(dá)到預(yù)防早期老年性癡呆的功效,但是其對AD 發(fā)揮作用的分子機(jī)理還不明確[20]。
本課題組綜合文獻(xiàn)資料,在前期應(yīng)用六味地黃丸對AD 的保護(hù)作用基礎(chǔ)上,進(jìn)一步研究其對神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)FoxO3a/p-FoxO3a 的影響,探討應(yīng)用六味地黃丸預(yù)防和治療阿爾茨海默病的分子機(jī)制。
PC12細(xì)胞由昆明理工大學(xué)醫(yī)學(xué)部白潔教授贈予。SPF 級雄性SD 大鼠購自北京維通利華實(shí)驗(yàn)動物技術(shù)有限公司〔合格證編號:SCXK(京)2012-0001〕。六味地黃丸濃縮丸為河南省宛西制藥股份有限公司產(chǎn)品(批號:110316)。
FoxO3a/p-FoxO3a抗體(美國Epitomics 公司,貨號分別為3280-1,7205-1),Aβ25-35(美國SIGMA 公司,貨號:A4559),兔抗鼠β-actin 抗體(Abways 公司,貨號:P60709),山羊抗兔抗體(博士德生物工程有限公司,貨號:BA1055),MTT〔3-(4,5-二甲基-2-噻唑)-2,5-二苯基溴化四氮唑噻唑藍(lán)〕、RIPA 裂解液(RIPA Lysis Buffer)、蛋白酶抑制劑(北京索萊寶科技有限公司,貨號分別為298-93-1,P0100,P1250),其余均為國產(chǎn)分析純試劑。
多功能全波長酶標(biāo)儀(美國Thermo Fisher 公司,型號:MultiskanGO);高速冷凍離心機(jī)(美國BeckmanCoulter 公司,型號:Microfuge?20R);電泳儀(美國Bio-Rad 公司,型號:JY200C);蛋白轉(zhuǎn)印系統(tǒng)(美國BioRad 公司,型號:Mini-Protean);倒置熒光顯微鏡(德國Leica公司,型號:DFC450C)。
1.4.1 六味地黃丸含藥血清(MSLDP)制備
用純水將粉碎后的六味地黃丸濃縮丸溶解,制備混懸液,將SD 大鼠適應(yīng)性飼養(yǎng)1 周后,分為給藥組和對照組,給藥組以1.08 g·kg-1劑量進(jìn)行灌胃,對照組以等體積的生理鹽水灌胃,2 次/天,連續(xù)灌胃6 次。第7次灌胃1 h 后,以10%水合氯醛麻醉動物,打開大鼠腹腔,腹主動脈采血。所采全血在室溫下靜置2 h 后,3000 r·min-1離心10 min,取血清,56℃水浴滅活30 min,再用0.22 μm 無菌濾器過濾除菌,分裝后-80℃保存?zhèn)溆谩?/p>
1.4.2 Aβ25-35配制
將Aβ25-35用超純水配制成1 mmoL·L-1的母液,吹打混勻后37℃靜置“老化”5 天,分裝成100 μL/管,-80℃保存?zhèn)溆谩?/p>
1.4.3 MTT法檢測PC12細(xì)胞存活率
(1) 細(xì)胞培養(yǎng)將RPMI 1640基礎(chǔ)培養(yǎng)基中加入5%胎牛血清、10%馬血清及100 U·mL-1青/鏈霉素雙抗配制成完全培養(yǎng)基,在37℃、5%CO2、飽和濕度的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)PC12 細(xì)胞,每隔24 h 換液,3-4 天傳代1 次,實(shí)驗(yàn)中各組均取處于對數(shù)生長期的細(xì)胞。
(2) MTT 法檢測細(xì)胞存活率以2×104個/孔的量將處于對數(shù)生長期的PC12細(xì)胞加入到96孔細(xì)胞培養(yǎng)板中,置于37℃、5%CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng);將3個96孔板按以下方法處理:第1 個先用RPMI 1640 完全培養(yǎng)基培養(yǎng)24 h,再用含有0、10、20、40 μmol·L-1Aβ25-35的培養(yǎng)基培養(yǎng)24 h;第2 個分別用含有0、2.5%、5.0%、10.0%、20.0%、30.0% MSLDP 的培養(yǎng)基培養(yǎng)48 h;第3 個分為正常對照組(不加Aβ25-35和MSLDP 培養(yǎng)48 h)、模型組(先常規(guī)培養(yǎng)24 h,再用含20 μmol·L-1Aβ25-35的培養(yǎng)基處理24h)、MSLDP 預(yù)處理組(先用含20%MSLDP 的培養(yǎng)基培養(yǎng)24 h,再用含20 μmol·L-1Aβ25-35的培養(yǎng)基處理24 h);每個濃度設(shè)3個復(fù)孔。培養(yǎng)結(jié)束后先在倒置顯微鏡下觀察各組PC12 細(xì)胞的形態(tài),再向各孔加入5 mg·mL-1的MTT 20 μL,37℃靜置4 h。結(jié)束后1500 r·min-1離心5 min,吸出培養(yǎng)基,向各孔加入150 μL 二甲基亞砜(DMSO),用移液器輕輕吹打各孔使結(jié)晶紫完全溶解后,檢測各孔590 nm 波長處的吸光值。細(xì)胞存活率=實(shí)驗(yàn)組吸光值/對照組吸光值×100%。
以5×104個/mL 的密度將處于對數(shù)生長期的PC12細(xì)胞接種于6孔細(xì)胞板中,培養(yǎng)24 h后,分別加入含有0、10、20、40 μmol·L-1Aβ25-35的RPMI 1640 培養(yǎng)基培養(yǎng)24 h,同時,用含有0、2.5%、5.0%、10.0%、20.0%、30.0% MSLDP 的培養(yǎng)基培養(yǎng)另一組細(xì)胞48 h;另取一個六孔板分為正常對照組、模型組、MSLDP 預(yù)處理組按(2)方法處理細(xì)胞。收集細(xì)胞至1.5 mL 離心管內(nèi),3000 r·min-1離心5 min,PBS 洗2 次,加入含有蛋白酶抑制劑和磷酸酶抑制劑的RIPA 裂解液重懸細(xì)胞,置冰上裂解30 min 后,13000 r·min-1離心10 min,取上清即為總蛋白,采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法測定總蛋白濃度。各組分別取10 μg 蛋白樣品進(jìn)行SDS-PAGE 電泳,300 mA轉(zhuǎn)膜70 min。用5%的脫脂奶4℃封膜過夜;PBST洗膜3 次,加入一抗(1:1000 稀釋)室溫?fù)u床上孵育2 h;PBST 洗膜3 次,再加入二抗(1:3000 稀釋)孵育1 h;PBST 洗膜5 次,加入ECL 化學(xué)發(fā)光試劑顯影,上機(jī)檢測。
各組實(shí)驗(yàn)結(jié)果分別使用Image J1.8.0、GraghPad Prism 8.0 進(jìn)行圖像分析及數(shù)據(jù)處理。多組實(shí)驗(yàn)比較使用單因素方差分析(one-way ANOVA),組內(nèi)較以最小顯著性差異法進(jìn)行比較。以P<0.05 為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
用MTT 法將采用不同濃度Aβ25-35處理的PC12 細(xì)胞的存活率進(jìn)行比較,結(jié)果表明,不添加Aβ25-35組的細(xì)胞存活率明顯高于10、20、40 μmol·L-1Aβ25-35處理組,且隨著Aβ25-35濃度的增高,細(xì)胞存活率逐漸降低,差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)(圖1)。
圖1 Aβ25-35對PC12細(xì)胞存活率的影響
在倒置顯微鏡下觀察Aβ25-35處理后PC12 細(xì)胞的形態(tài),各組處理后的細(xì)胞與不經(jīng)Aβ25-35處理細(xì)胞相比,隨著Aβ25-35濃度的增高,各孔內(nèi)的細(xì)胞數(shù)目逐漸減少,細(xì)胞的形態(tài)也變得不規(guī)則,并伴隨有細(xì)胞碎片,凋亡/死亡細(xì)胞逐漸增多(圖2)。結(jié)果表明Aβ25-35對PC12細(xì)胞毒性損傷與劑量在一定范圍內(nèi)呈正相關(guān)。
圖2 Aβ25-35對PC12細(xì)胞形態(tài)的影響
將不同濃度Aβ25-35處理的PC12細(xì)胞中FoxO3a、p-FoxO3a 表達(dá)水平進(jìn)行比較,低濃度(0、10 μmol·L-1)處理組的p-FoxO3a 蛋白表達(dá)量明顯高于高濃度(20、40 μmol·L-1)處理組,F(xiàn)oxO3a 蛋白表達(dá)量則低于高濃度組,差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,p-FoxO3a 蛋白表達(dá)明顯呈劑量依賴降低,而FoxO3a的蛋白表達(dá)隨Aβ25-35濃度的增加而增加(圖3)。
圖3 Aβ25-35對PC12細(xì)胞FoxO3a/p-FoxO3a蛋白表達(dá)的影響
將不同濃度MSLDP 處理后的PC12細(xì)胞存活率進(jìn)行比較,未使用MSLDP 處理組的PC12 細(xì)胞存活率明顯低于各MSLDP 處理組,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)(圖4)。
圖4 MSLDP對PC12細(xì)胞活性的影響
倒置顯微鏡下觀察各組細(xì)胞顯示:未使用MSLDP處理組的PC12 細(xì)胞形態(tài)不規(guī)則,有細(xì)胞碎片出現(xiàn);采用2.5%、5% MSLDP 培養(yǎng)PC12 細(xì)胞后,各孔內(nèi)細(xì)胞量增多,細(xì)胞大小均一,形態(tài)規(guī)則;10%MSLDP組培養(yǎng)的細(xì)胞量進(jìn)一步增加,聚集成片狀生長,細(xì)胞形態(tài)有拉伸趨勢;20%、30%MSLDP 組的PC12 細(xì)胞形態(tài)拉伸更加明顯,并且細(xì)胞長出了小的棘突,明顯形成分化趨勢(圖5)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,MSLDP 具有明顯的促進(jìn)PC12細(xì)胞增殖的作用
圖5 MSLDP對PC12細(xì)胞形態(tài)的影響
將采用不同濃度MSLDP 處理的PC12 細(xì)胞中FoxO3a、p-FoxO3a蛋白表達(dá)量進(jìn)行比較,結(jié)果顯示,低濃度MSLDP 處理組細(xì)胞內(nèi)的p-FoxO3a 表達(dá)水平低于高濃度組,而FoxO3a 表達(dá)量則高于各高濃度MSLDP處理組,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)(圖6)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,F(xiàn)oxO3a、p-FoxO3a 蛋白表達(dá)量均對MSLDP 濃度呈劑量依賴性。
圖6 不同濃度MSLDP對PC12細(xì)胞FoxO3a、p-FoxO3a蛋白表達(dá)的影響
參考文獻(xiàn)資料,并綜合考慮Aβ25-35和MSLDP 對PC12 細(xì)胞存活率以及二者對FoxO3a、p-FoxO3a 蛋白表 達(dá) 量 影 響,本 課 題 組 選 用20 μmol·L-1Aβ25-35和20%MSLDP 來建立試驗(yàn)用細(xì)胞模型。將各組采用不同方法處理的PC12 細(xì)胞進(jìn)行MTT 法檢測,結(jié)果表明,正常組、MSLDP 干預(yù)組的PC12細(xì)胞存活率高于AD 模型組,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)(圖7)。
圖7 MSLDP預(yù)處理對PC12細(xì)胞活性的影響
倒置顯微鏡下觀察各組細(xì)胞形態(tài),Aβ25-35處理的模型組細(xì)胞與正常對照組相比,細(xì)胞數(shù)量減少,形態(tài)不規(guī)則,細(xì)胞膜相對不完整,細(xì)胞碎片增多。MSLDP處理組細(xì)胞與模型對照組相比,凋亡、死亡的細(xì)胞數(shù)減少,活細(xì)胞增多(圖8),MSLDP 對AD 細(xì)胞模型的有明顯的保護(hù)作。
圖8 MSLDP預(yù)處理對PC12細(xì)胞形態(tài)的影響
將三組采用不同方法處理的PC12 細(xì)胞中FoxO3a、p-FoxO3a 蛋白表達(dá)量進(jìn)行免疫印跡檢測,正常對照組細(xì)胞中p-FoxO3a 蛋白表達(dá)量高于模型組,F(xiàn)oxO3a蛋白表達(dá)量則低于模型組;MSLDP干預(yù)組細(xì)胞中的p-FoxO3a 蛋白表達(dá)量高于模型組細(xì)胞,而FoxO3a 蛋白表達(dá)水平低于模型組(圖9)。結(jié)果表明,MSLDP 對Aβ25-35所造成的神經(jīng)細(xì)胞損傷具有較好的保護(hù)作用。
圖9 MSLDP對AD細(xì)胞模型的FoxO3a、p-FoxO3a蛋白表達(dá)的影響
本課題組以Aβ25-35誘導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞損傷著手,通過觀察MSLDP 對細(xì)胞活力和形態(tài)及關(guān)鍵蛋白表達(dá)的影響,來探討六味地黃丸對AD影響的分子機(jī)制。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,不同濃度Aβ25-35處理后細(xì)胞的存活率呈劑量依賴的形式降低。這表明Aβ25-35對PC12細(xì)胞毒性損傷在一定濃度范圍內(nèi)與劑量呈正相關(guān)。同時觀察處理后的細(xì)胞形態(tài)發(fā)現(xiàn),隨著Aβ25-35濃度增高,各孔內(nèi)的細(xì)胞形態(tài)改變也隨著Aβ25-35濃度增加而逐漸增多。這一結(jié)果與AD 患者腦內(nèi)Aβ 的不斷積累,毒性不斷增加一致,同時,也與之前的研究結(jié)果相互驗(yàn)證:使用Aβ25-35誘導(dǎo)PC12 細(xì)胞后,會造成細(xì)胞活力下降,細(xì)胞內(nèi)游離Ca2+濃度升高,形態(tài)上出現(xiàn)典型的凋亡特征,在一定范圍內(nèi)具有時間和劑量依賴性[21]。
FoxO3a 是細(xì)胞穩(wěn)態(tài)、應(yīng)激反應(yīng)和增殖/凋亡的核心調(diào)控因子,控制著復(fù)雜的基因表達(dá)網(wǎng)絡(luò)。因此,它可以調(diào)節(jié)多種細(xì)胞過程,整合來自能量、生長因子和應(yīng)激信號級聯(lián)的輸入,成為在神經(jīng)系統(tǒng)疾病和抗衰老機(jī)制以及腫瘤等研究中較為新穎的研究熱點(diǎn)。六味地黃丸的抗衰老作用主要與抗氧化和抗凋亡有關(guān),Aβ積累所表現(xiàn)出來的毒性會造成神經(jīng)細(xì)胞的氧化應(yīng)激和凋亡,而體內(nèi)FoxO3a的改變能夠起下游基因產(chǎn)生抗氧化和抗凋亡的作用,本課題組結(jié)合三者的相關(guān)性,研究其發(fā)揮相互作用的具體方式。細(xì)胞內(nèi)的FoxO3a蛋白經(jīng)Aβ25-35的誘導(dǎo)后表達(dá)量升高,而p-FoxO3a 的蛋白表達(dá)量降低,這提示Aβ25-35可能通過對FoxO3a 的調(diào)節(jié)來激活細(xì)胞凋亡的級聯(lián)反應(yīng)。
因?yàn)榱姿峄荈orkhead 轉(zhuǎn)錄因子家族成員重要的上游修飾途徑,F(xiàn)oxO3a 是PI3K/AKT 信號通路下游重要的轉(zhuǎn)錄因子[22,23],激活A(yù)KT 能夠?qū)е翭oxO3a 磷酸化,磷酸化的FoxO3a 被降解而失去其轉(zhuǎn)錄活性。MSLDP能夠進(jìn)細(xì)胞增殖,同時還能影響細(xì)胞內(nèi)FoxO3a與p-FoxO3a 的表達(dá)量,因此,其發(fā)揮作用的方式可能與AKT 激活所導(dǎo)致FoxO3a 磷酸化密切相關(guān)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,MSLDP 有明顯的促進(jìn)PC12 細(xì)胞增殖的作用,高濃度的MSLDP還能使細(xì)胞長出小突觸,形成分化趨勢。同時,MSLDP 預(yù)處理還能夠明顯降低Aβ25-35對細(xì)胞的毒性,減少細(xì)胞損傷。有研究發(fā)現(xiàn)過氧化物酶體增殖物激活受體γ 輔激活子1α(PGC-1α)能夠通過下調(diào)FoxO3a 降低APP 代謝,減少Aβ 的積累,F(xiàn)oxO3a 對神經(jīng)細(xì)胞自身APP代謝為Aβ有直接干預(yù)作用[24],這與本課題組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致:MSLDP 干預(yù)后的PC12 細(xì)胞內(nèi)p-FoxO3a 蛋白表達(dá)量升高,而FoxO3a 的蛋白表達(dá)量則降低。
綜上所述,六味地黃丸對Aβ25-35所造成的神經(jīng)細(xì)胞損傷具有保護(hù)作用,其作用機(jī)制可能是通過調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)FoxO3a 與p-FoxO3a 的表達(dá)量,影響其下游基因的表達(dá),進(jìn)而調(diào)控細(xì)胞內(nèi)的抗氧化、抗凋亡因子,促進(jìn)細(xì)胞增值,從而實(shí)現(xiàn)其對AD 的預(yù)防及治療。本實(shí)驗(yàn)為AD 的預(yù)防和治療找出一個新思路,同時也為在臨床上應(yīng)用六味地黃丸改善AD 患者的病情和減緩AD病程發(fā)展提供了依據(jù)。
世界科學(xué)技術(shù)-中醫(yī)藥現(xiàn)代化2022年1期