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帕金森病(Parkinson’s disease,PD)的主要病理特征是黑质(subtantia nigra,SN)多巴胺(dopamine,DA)能神经元的选择性丢失和残存的神经元内出现以α-突触核蛋白为主要成分的路易小体。目前对于PD的治疗多集中于药物治疗上,如:左旋多巴、DA激动剂和单胺氧化酶B(MAO-B)抑制剂等,但这类药物的毒副作用尚未得到解决。因此,寻找安全有效的药物来治疗或延缓PD的发展已成为当务之急。有研究发现,黄连素对PD模型具有保护作用,然而确切的保护机制仍不清楚。因此,本实验选择SH-SY5Y细胞系以及C57BL/6小鼠建立PD细胞及动物模型,采用分子生物学、行为学、免疫组织化学等多种研究方法,探讨黄连素对PD的保护作用及其可能的机制。实验结果如下:
1.不同浓度的黄连素(0、10-5、10-4、10-3、10-2、10-1、1、10、100μM)处理SH-SY5Y细胞24h,低于1μM的黄连素处理,对细胞存活率无影响;但当黄连素浓度至10μM以上时,细胞存活率显著降低。20μM鱼藤酮处理细胞24h,细胞存活率降至65%(P<0.001),10-3μM-1μM黄连素与鱼藤酮共处理,可显著提高细胞存活率,其中10-1μM黄连素的作用最强(P<0.001)。因此,选取10-1μM黄连素进行后续实验。
2.与对照组相比,鱼藤酮处理组细胞内线粒体膜电位(mitochondrial transmembrane potential,Δψm)水平显著降低,氧自由基(reactive oxide species,ROS)显著增加(P<0.001)。与鱼藤酮处理组相比,黄连素预处理抑制了Δψm下降(P<0.01)以及ROS增加(P<0.05)。
3.与对照组相比,鱼藤酮处理组Bcl-2/Bax的比值下降,caspase-3蛋白表达上调(P<0.001)。黄连素预处理抑制了Bcl-2/Bax比值的下降(P<0.05),抑制caspase-3的表达(P<0.001)。
4.与对照组相比,鱼藤酮处理组细胞内磷酸化Akt蛋白表达显著下调(P<0.001)。黄连素预处理可抑制鱼藤酮诱导的Akt磷酸化蛋白水平的降低(P<0.05)。不同处理组相比,Akt总蛋白的表达无显著性差异(P>0.05)。
5.爬杆实验显示,与正常对照小鼠相比,MPTP处理组小鼠从杆顶部自由爬行到底部的时间增加(P<0.001)。黄连素预处理组小鼠爬杆时间与MPTP处理组小鼠相比明显减少(P<0.01)。转棒实验显示,MPTP处理组小鼠在转棒上停留时间与对照小鼠相比明显减少(P<0.001)。黄连素预处理组小鼠在转棒上停留的时间与MPTP处理组小鼠相比明显增加(P<0.01)。
6.与对照组相比,MPTP处理组小鼠SN区酪氨酸羟化酶(tyrosine hydroxylase,TH)阳性细胞数明显减少(P<0.001)。黄连素预处理组小鼠SN区TH阳性细胞数与MPTP处理组小鼠相比明显增加(P<0.001)。
7.与对照组相比,MPTP处理组小鼠SN区TH蛋白表达水平明显降低(P<0.001),α-突触核蛋白的蛋白表达水平明显升高(P<0.001)。黄连素预处理组SN区TH蛋白表达水平与MPTP处理组相比明显升高(P<0.01),α-突触核蛋白的蛋白表达水平与MPTP处理组相比明显下降(P<0.001)。
8.与对照组相比,MPTP处理组小鼠SN区微管相关蛋白轻链3-Ⅱ(microtubule-associated protein light chain3-Ⅱ,LC3-Ⅱ)表达上调(P<0.05),p62蛋白表达上调(P<0.001)。黄连素预处理小鼠SN区LC3-Ⅱ蛋白表达水平与MPTP处理组相比明显升高(P<0.001),p62蛋白表达水平与MPTP处理组相比明显降低(P<0.01)。
9.与对照组相比,MPTP处理组小鼠SN区腺苷5’-单磷酸(AMP)激活的蛋白激酶磷酸化蛋白(pAMPK)上调(P<0.05)。黄连素预处理组小鼠SN区pAMPK蛋白与MPTP处理组相比明显升高(P<0.001)。不同处理组之间AMPK的总蛋白表达无明显差异(P>0.05)。
10.自噬抑制剂6-氨基-3-甲基嘌呤(3-Methyladenine,3-MA)预处理可拮抗黄连素抑制MPP+诱导的细胞存活率降低的作用(P<0.05)。AMPK抑制剂compound C(Dorsomorphin)预处理同样可以拮抗黄连素抑制MPP+诱导的细胞存活率降低的作用(P<0.001)。单独应用3-MA或compound C对细胞存活率没有影响(P>0.05)。
11.与黄连素和MPTP共处理组相比,3-MA预处理可抑制Δψm的升高(P<0.001),ROS的降低(P<0.05)。Compound C预处理同样可以拮抗黄连素恢复Δψm(P<0.01),降低ROS水平的作用(P<0.001)。
12.与黄连素和MPTP共处理组相比,3-MA预处理可抑制LC3-Ⅱ蛋白表达(P<0.001),但对pAMPK表达没有影响(P>0.05)。Compound C预处理可抑制LC3-Ⅱ蛋白表达(P<0.001),抑制pAMPK蛋白表达(P<0.001)。不同处理组之间AMPK的总蛋白表达无明显差异(P>0.05)。
13.与黄连素和MPTP共处理组相比,3-MA预处理升高α-突触核蛋白的蛋白表达水平(P<0.001)。Compound C预处理同样升高α-突触核蛋白的蛋白表达水平(P<0.05)。
以上结果表明,黄连素能够通过抗氧化和激活Akt信号通路对鱼藤酮诱导的SH-SY5Y细胞产生保护作用。在动物实验中,黄连素预处理可显著改善由于MPTP所导致的小鼠SN区DA能神经元的变性死亡,改善小鼠运动功能障碍。黄连素还明显的抑制了α-突触核蛋白的积聚,并增强了LC3-Ⅱ相关的自噬,此作用可被自噬抑制剂3-MA或AMPK抑制剂compound C所阻断,提示黄连素的保护作用可能是通过AMPK依赖的自噬途径实现的。
1.不同浓度的黄连素(0、10-5、10-4、10-3、10-2、10-1、1、10、100μM)处理SH-SY5Y细胞24h,低于1μM的黄连素处理,对细胞存活率无影响;但当黄连素浓度至10μM以上时,细胞存活率显著降低。20μM鱼藤酮处理细胞24h,细胞存活率降至65%(P<0.001),10-3μM-1μM黄连素与鱼藤酮共处理,可显著提高细胞存活率,其中10-1μM黄连素的作用最强(P<0.001)。因此,选取10-1μM黄连素进行后续实验。
2.与对照组相比,鱼藤酮处理组细胞内线粒体膜电位(mitochondrial transmembrane potential,Δψm)水平显著降低,氧自由基(reactive oxide species,ROS)显著增加(P<0.001)。与鱼藤酮处理组相比,黄连素预处理抑制了Δψm下降(P<0.01)以及ROS增加(P<0.05)。
3.与对照组相比,鱼藤酮处理组Bcl-2/Bax的比值下降,caspase-3蛋白表达上调(P<0.001)。黄连素预处理抑制了Bcl-2/Bax比值的下降(P<0.05),抑制caspase-3的表达(P<0.001)。
4.与对照组相比,鱼藤酮处理组细胞内磷酸化Akt蛋白表达显著下调(P<0.001)。黄连素预处理可抑制鱼藤酮诱导的Akt磷酸化蛋白水平的降低(P<0.05)。不同处理组相比,Akt总蛋白的表达无显著性差异(P>0.05)。
5.爬杆实验显示,与正常对照小鼠相比,MPTP处理组小鼠从杆顶部自由爬行到底部的时间增加(P<0.001)。黄连素预处理组小鼠爬杆时间与MPTP处理组小鼠相比明显减少(P<0.01)。转棒实验显示,MPTP处理组小鼠在转棒上停留时间与对照小鼠相比明显减少(P<0.001)。黄连素预处理组小鼠在转棒上停留的时间与MPTP处理组小鼠相比明显增加(P<0.01)。
6.与对照组相比,MPTP处理组小鼠SN区酪氨酸羟化酶(tyrosine hydroxylase,TH)阳性细胞数明显减少(P<0.001)。黄连素预处理组小鼠SN区TH阳性细胞数与MPTP处理组小鼠相比明显增加(P<0.001)。
7.与对照组相比,MPTP处理组小鼠SN区TH蛋白表达水平明显降低(P<0.001),α-突触核蛋白的蛋白表达水平明显升高(P<0.001)。黄连素预处理组SN区TH蛋白表达水平与MPTP处理组相比明显升高(P<0.01),α-突触核蛋白的蛋白表达水平与MPTP处理组相比明显下降(P<0.001)。
8.与对照组相比,MPTP处理组小鼠SN区微管相关蛋白轻链3-Ⅱ(microtubule-associated protein light chain3-Ⅱ,LC3-Ⅱ)表达上调(P<0.05),p62蛋白表达上调(P<0.001)。黄连素预处理小鼠SN区LC3-Ⅱ蛋白表达水平与MPTP处理组相比明显升高(P<0.001),p62蛋白表达水平与MPTP处理组相比明显降低(P<0.01)。
9.与对照组相比,MPTP处理组小鼠SN区腺苷5’-单磷酸(AMP)激活的蛋白激酶磷酸化蛋白(pAMPK)上调(P<0.05)。黄连素预处理组小鼠SN区pAMPK蛋白与MPTP处理组相比明显升高(P<0.001)。不同处理组之间AMPK的总蛋白表达无明显差异(P>0.05)。
10.自噬抑制剂6-氨基-3-甲基嘌呤(3-Methyladenine,3-MA)预处理可拮抗黄连素抑制MPP+诱导的细胞存活率降低的作用(P<0.05)。AMPK抑制剂compound C(Dorsomorphin)预处理同样可以拮抗黄连素抑制MPP+诱导的细胞存活率降低的作用(P<0.001)。单独应用3-MA或compound C对细胞存活率没有影响(P>0.05)。
11.与黄连素和MPTP共处理组相比,3-MA预处理可抑制Δψm的升高(P<0.001),ROS的降低(P<0.05)。Compound C预处理同样可以拮抗黄连素恢复Δψm(P<0.01),降低ROS水平的作用(P<0.001)。
12.与黄连素和MPTP共处理组相比,3-MA预处理可抑制LC3-Ⅱ蛋白表达(P<0.001),但对pAMPK表达没有影响(P>0.05)。Compound C预处理可抑制LC3-Ⅱ蛋白表达(P<0.001),抑制pAMPK蛋白表达(P<0.001)。不同处理组之间AMPK的总蛋白表达无明显差异(P>0.05)。
13.与黄连素和MPTP共处理组相比,3-MA预处理升高α-突触核蛋白的蛋白表达水平(P<0.001)。Compound C预处理同样升高α-突触核蛋白的蛋白表达水平(P<0.05)。
以上结果表明,黄连素能够通过抗氧化和激活Akt信号通路对鱼藤酮诱导的SH-SY5Y细胞产生保护作用。在动物实验中,黄连素预处理可显著改善由于MPTP所导致的小鼠SN区DA能神经元的变性死亡,改善小鼠运动功能障碍。黄连素还明显的抑制了α-突触核蛋白的积聚,并增强了LC3-Ⅱ相关的自噬,此作用可被自噬抑制剂3-MA或AMPK抑制剂compound C所阻断,提示黄连素的保护作用可能是通过AMPK依赖的自噬途径实现的。