金丝桃素对丙戊酸诱导的小鼠孤独症样行为的改善作用及其分子机制

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孤独症泛称孤独症谱系障碍(autism spectrum disorders,ASD)核心症状表现为社会交往障碍、重复刻板的兴趣和行为。孤独症的发病率高达1~2%,世界范围内其发病率还在持续增加。孤独症的病理机制比较复杂,一般认为,遗传因素和环境因素的相互作用是孤独症发病的主要原因。内侧前额叶(medial prefrontal cortex,mPFC)与社会认知、情绪等高级神经功能密切相关,孤独症患者及动物模型的研究提示,mPFC皮层神经元结构与功能异常,且存在较高的氧化应激水平,提示mPFC在孤独症的发病中有着非常重要的意义。丙戊酸(Valproic acid,VPA)已经广泛地应用于临床上抗癫痫的治疗,有情绪稳定作用。临床研究发现,孕妇使用VPA后,胎儿出生后罹患孤独症的可能性增加了 4.42%。目前,孕期暴露VPA是建立孤独症模型常用的方法,该方法构建的孤独症模型有构建效度和表面效度良好、稳定性高的优点。金丝桃素(hypericin,HY)是一种萘骈二蒽酮类化合物,有抗氧化作用,药理学作用较为丰富,常关注的是它在抗抑郁方面的作用,HY被应用于抑郁症的研究在欧洲历史久远。有关HY对阿尔兹海默症模型小鼠治疗作用的研究表明,HY在体内、体外都发挥了神经保护作用。最新的研究提示,HY可以预防母本隔离引起的大鼠孤独症样行为。基于HY的抗氧化作用、神经保护作用、对母本隔离引起的子代孤独症行为的预防作用,我们推测HY可以改善VPA诱导的小鼠孤独症样行为。本研究利用VPA诱导的小鼠孤独症模型,探究HY对VPA诱导的小鼠孤独症样行为的改善作用,并探讨其可能的分子机制;利用VPA诱导的细胞损伤模型对其可能的分子机制进行体外验证。首先,建立VPA诱导的小鼠孤独症模型,从VPA雄性小鼠出生后的第14天开始,连续灌胃50 mg/kg的HY 14天,通过行为学测试的方法,检测HY对VPA小鼠的孤独症样行为是否有所改善;然后检测VPA雄性小鼠mPFC组织的氧化应激水平(ROS水平、MDA含量、CAT和SOD活性)以及ERK1/2和AKT磷酸化水平,从这两方面初步探究HY改善VPA小鼠孤独症样行为的分子机制。最后,建立VPA诱导的SH-SY5Y细胞损伤模型,用HY干预后,对其细胞活性、氧化应激水平以及ERK1/2和AKT磷酸化水平进行检测,以对HY作用的分子机制进行体外验证。研究结果:1.建立VPA诱导的小鼠孤独症模型:在小鼠孕12.5天腹腔单次注射500 mg/kg VPA,对其子代雄性小鼠进行行为学测试。结果显示:VPA小鼠有明显的社会交往障碍以及重复刻板行为,证明VPA诱导的小鼠孤独症模型建立成功。2.HY改善了 VPA孤独症小鼠的社会交往能力和重复刻板行为,其改善作用可能通过降低VPA小鼠mPFC的氧化应激水平来实现。(1)行为学测试检测HY对VPA小鼠的孤独症样行为的影响。社会交往能力测试的结果显示,HY治疗后,VPA小鼠的社会交往指数和社会偏好指数显著升高(P<0.05、P<0.05),社交次数和时间有不同程度的增加;重复刻板行为测试的结果显示,HY治疗后,VPA小鼠的埋珠个数以及理毛次数均显著减少(P<0.05、P<0.01)。上述结果表明,HY可以显著改善VPA小鼠的社会交往能力和重复刻板行为。(2)检测VPA小鼠mPFC的氧化应激水平以及ERK1/2和AKT的磷酸化水平,以探究HY改善VPA小鼠孤独症样行为的分子机制。氧化应激水平的测试结果显示,HY治疗后,VPA小鼠的mPFC中ROS水平和MDA含量显著下降(P<0.05、P<0.05)、SOD活性显著升高(P<0.01),HY显著改善了 VPA小鼠mPFC的氧化应激水平。Westen blot结果显示,VPA小鼠mPFC中ERK1/2、AKT磷酸化水平没有显著变化(P>0.05、P>0.05),HY治疗后也没有显著改变(P>0.05、P>0.05)。3.HY对VPA诱导的SH-SY5Y细胞损伤有保护作用。(1)筛选适合用于后续研究的VPA浓度。MTT 比色分析法和氧化应激水平的测试结果均显示,2 mM的VPA处理时,细胞的损伤率以及氧化应激水平的改变程度均适合于后续研究的探索。(2)检测HY的细胞毒性,并筛选出适合用于后续研究的HY浓度。MTT比色分析的结果显示,在0.05-5 μmol/L的浓度范围内,HY没有细胞毒性,并筛选出2 μmol/L的HY作为后续研究的使用浓度。(3)探究HY对VPA诱导的SH-SY5Y细胞保护作用的分子机制。用2 μmol/L的HY预处理SH-SY5Y细胞12 h,然后用2 mmol/L的VPA处理细胞。处理结束后,通过试剂盒法,检测细胞的氧化应激水平;通过Western blot的方法,检测细胞ERK1/2和AKT的磷酸化水平。细胞氧化应激水平的检测结果显示,VPA+HY与VPA组相比,细胞中的ROS水平和MDA含量均显著降低(P<0.05、P<0.05)、SOD活性显著增加(P<0.01),HY对VPA引起的SH-SY5Y细胞氧化应激有保护作用;Western blot的检测结果显示,HY显著改善了由VPA引起的细胞ERK1/2磷酸化水平下降(P<0.001)。结论:1.HY改善了 VPA诱导的小鼠孤独模型的社会交往能力和重复刻板行为。2.HY可能通过降低VPA小鼠mPFC的氧化应激水平,发挥神经保护作用,最终改善VPA小鼠的孤独症样行为。ERK1/2磷酸化水平的变化,极有可能与HY对VPA小鼠孤独症样行为的改善作用有关。但由于在小鼠发育的各阶段ERK1/2磷酸化水平发生的变化可能有所不同,本课题的研究中,VPA小鼠mPFC的ERK1/2磷酸化水平无显著变化,因而金丝桃素对VPA小鼠孤独症样行为的改善作用是否与ERK1/2磷酸化水平的改变有关,还需要寻找新的条件和方法进行探索。
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