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目的: 探究异氟烷处理后发育期大鼠海马神经发生及Cdh1的表达变化,探究上调Cdh1的表达对异氟烷所致发育期大鼠海马神经元存活及大鼠认知功能的影响,并初步探讨其分子机制。 方法: 1.异氟烷处理后Cdh1的表达变化及意义 将出生后7d(postnatal day7,P7)的SD乳鼠及体外培养第7天(day7in vitro,DIV7)的海马神经元置于恒温密闭装置中,用麻醉机模拟吸入异氟烷(isoflurane,Iso)麻醉过程。对照组置于与实验组同样环境中吸入不含异氟烷的气体。采用免疫荧光鉴定体外培养海马神经元的纯度及Cdh1的表达;采用TUNEL试剂盒检测细胞凋亡情况;应用westernblot方法检测凋亡相关蛋白(Cleaved caspase-3、Bax、Bcl-2)、Cdh1及其下游底物(skp2、snoN和cyclin B1)的表达变化。 2.Cdh1重组慢病毒的构建鉴定及转染 Cdh1重组慢病毒的包装及鉴定由上海吉凯基因生物有限公司负责完成。实验分为四组,分别为:对照组(Con组)、异氟烷处理组(Iso组)、异氟烷处理+Cdh1过表达慢病毒转染组(Iso+Lenti-Cdh1-GFP)、异氟烷处理组+空病毒转染组(Iso+Lenti-GFP)。 离体实验:DIV4时,Iso+Lenti-Cdh1-GFP组与Iso+Lenti-GFP组分别转染相应的慢病毒,转染时间为10h。转染完成后,于DIV7行异氟烷处理,方法同前述。通过检测慢病毒中的绿色荧光蛋白GFP的表达选择合适的病毒感染复数;采用Western blot检测Cdh1及其下游底物cyclin B1的表达鉴定病毒转染效果。 在体实验:在立体定位仪下,Iso+Lenti-Cdh1-GFP组与Iso+Lenti-GFP组SD乳鼠于P4行双侧海马定位注射等量的慢病毒,转染时间为3d。转染完成后,于P7行异氟烷处理,方法同前述。通过检测海马组织中GFP的表达鉴定病毒转染效果;采用Western blot及PCR方法检测Cdh1蛋白及mRNA水平的表达变化。 3.Cdh1重组慢病毒干预对异氟烷所致神经元凋亡及大鼠认知功能的影响 实验分为四组,分别为:对照组(Con组)、异氟烷处理组(Iso组)、异氟烷处理+Cdh1过表达慢病毒转染组(Iso+Lenti-Cdh1-GFP)、异氟烷处理组+空病毒转染组(Iso+Lenti-GFP)。在体与离体病毒转染及麻醉方法同前述。麻醉结束后,随机选择新生大鼠(每组10只)继续饲养至一月左右进行行为学检测;其余实验对象立即取材。采用TUNEL试剂盒检测细胞凋亡情况;应用Western blot分析凋亡相关蛋白Cleaved caspase-3、Bax、Bcl-2的表达变化。采用开放旷场实验(Open-field test)、莫里斯水迷宫(Morris water maze,MWM)等行为学实验检测异氟烷处理对发育期大鼠认知功能的影响。 结果: 1.异氟烷处理后Cdh1的表达变化及意义 在体与离体实验均显示:异氟烷处理后,Iso组可检测到较多TUNEL阳性细胞;与Con组相比,Iso组凋亡相关蛋白Cleaved caspase-3与Bax表达增加,Bcl-2表达减少;与Con组相比,Iso组Cdh1表达降低,Cdh1下游底物skp2、snoN与cyclin B1表达均增加,差异均具有统计学意义(P<0.05)。与Con组相比,海马神经元胞浆中Cdh1表达增加,核内Cdh1表达减少,差异均具有统计学意义(P<0.05);免疫荧光显示异氟烷麻醉过程伴有Cdh1的出核运动。 2.Cdh1重组慢病毒的构建鉴定及转染 Cdh1重组慢病毒成功构建,滴度范围为1×108-1×109TU/ml。离体结果:细胞转染Cdh1重组慢病毒后,可观察到明显的GFP表达,选择MOI=10进行后续实验。Western blot结果显示,与Iso组、Iso+Lenti-GFP组相比,Iso+Lenti-Cdh1-GFP组Cdh1表达明显增加,下游底物cyclin B1表达明显降低。在体结果:Lenti-Cdh1-GFP与Lenti-GFP在大鼠海马CA1区均有表达;Western blot及PCR结果显示,与Iso组、Iso+Lenti-GFP组相比,Iso+Lenti-Cdh1-GFP组Cdh1重组慢病毒(Lenti-Cdh1-GFP)上调Cdh1蛋白及mRNA的表达水平,差异均具有统计学意义(P<0.05)。 3.Cdh1重组慢病毒干预对异氟烷处理所致神经元凋亡及大鼠认知功能的影响 Western blot结果显示,与Iso组、Iso+Lenti-GFP组相比,Iso+Lenti-Cdh1-GFP组凋亡蛋白Cleaved caspase-3及Bax表达明显下降,Bcl-2表达明显增加;TUNEL结果显示,与Iso组、Iso+Lenti-GFP组相比,Iso+Lenti-Cdh1-GFP组TUNEL阳性的细胞明显减少,差异均具有统计学意义(P<0.05)。 行为学实验结果显示,旷场实验对照组与各实验组均未见明显差异。莫里斯水迷宫实验中,与对照组相比,Iso组及Iso+Lenti-GFP组在前期训练过程及最终检测结果均可观察到明显的学习记忆功能减退现象:第2天至第4天发现平台所需时间均延长;第五天穿越平台次数明显减少,在平台所在象限运动时间减少;与Iso组、Iso+Lenti-GFP组相比,Iso+Lenti-Cdh1-GFP组学习记忆能力明显得到改善:第2天至第4天发现平台所需时间均缩短;第五天穿越平台次数稍增加,在平台所在象限运动时间增加;差异均具有统计学意义(P<0.05)。 结论: 1.异氟烷处理后神经元凋亡增加,Cdh1表达降低并伴其下游底物表达增加,Cdh1活性变化可能参与神经元凋亡过程。 2.Cdh1重组慢病毒构建成功,能够显著上调大鼠海马组织及体外培养海马神经元中Cdh1的表达水平。 3.上调Cdh1的表达可减轻异氟烷处理后发育期脑神经元的凋亡,并缓解异氟烷处理导致的学习记忆等认知功能紊乱。