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背景:
衰老是人类无法避免的生理现象,而大脑对衰老特别敏感,多种神经退行性疾病如帕金森病(PD,Parkinsons disease)和阿尔兹海默症(AD,Alzheimers Disease)随着年龄的增长,发病人数直线上升。因此,关于衰老机制与抗衰老的研究一直是全球医学界关注的焦点。一直以来,大脑衰老被认为是由年龄渐长导致的神经元数目逐渐减少和功能减退引起的,主要研究方向也集中于神经元。近年来,越来越多的研究提示大脑衰老与星形胶质细胞具有更为密切的关系。星形胶质细胞是哺乳动物脑内最丰富的胶质细胞,在神经系统的发育和功能的维持中发挥非常重要作用。YAP(yes-associated protein)是Hippo信号通路的主要下游效应因子,在细胞自我更新、组织再生和调节器官大小方面发挥重要作用。近年来,YAP被报道参与肿瘤细胞的衰老,并且实验室之前的研究表明,YAP参与大脑皮层星形胶质细胞分化、增殖和激活,而细胞增殖减慢是衰老的显著标志之一。因此,推测YAP有可能通过调控增殖,参与星形胶质细胞的衰老过程,从而影响大脑衰老。然而,YAP在星形胶质细胞衰老中的具体作用和机制并不清楚。
目的:
本项目通过体外星形胶质细胞培养及衰老模型的建立,在细胞水平上及成体动物水平上研究YAP在星形胶质细胞衰老过程中的作用及分子机制,致力于为延缓脑衰老和治疗中枢退行性疾病提供新的靶点与方向。
方法:
首先,采用Western blot和免疫荧光染色检测YAP在老年鼠及AD模型鼠海马区星形胶质细胞中的表达情况。随后建立90天自然衰老模型,D-半乳糖111mM5天以及百草枯(PQ)40μM处理24h,恢复8天的两种体外衰老模型,采用Western blot和免疫荧光染色检测YAP的表达情况。
其次,通过构建YapGFAP-CKO小鼠,采用Western blot和免疫荧光染色检测YapGFAP-CKO小鼠星形胶质细胞中Yap的敲除情况及Yapf/f和YapGFAP-CKO小鼠的衰老情况。培养Yapf/f和YapGFAP-CKO小鼠来源的星形胶质细胞细胞在D-半乳糖诱导衰老后,采用半乳糖苷酶染色及Western blot检测Yap敲除是否加重星形胶质细胞衰老,以及qPCR和Western blot检测YAP下游分子CDK6的转录水平和蛋白水平,并用CDK6过表达质粒转染和半乳糖苷酶染色检测CDK6过表达能否逆转星形胶质细胞衰老情况。
最后,在老年鼠及AD鼠进行XMU-MP-1(选择性MST1/2(the Mammalian STe20-like kinases1and2)抑制剂)药物腹腔注射,通过Western blot及Y迷宫及巴恩斯(Barnes)迷宫行为学实验,检测激活YAP通路能否改善AD及老年小鼠海马区衰老及认知行为。进一步培养Yapf/f和YapGFAP-CKO小鼠来源的星形胶质细胞细胞在D-半乳糖诱导衰老后加入二甲双胍药物,采用半乳糖苷酶染色和Western blot检测二甲双胍是否通过YAP通路发挥其抗衰老作用。
结果:
1.YAP在老年小鼠和AD模型小鼠海马区的星形胶质细胞中表达下调并活性降低。
2.YAP在体外培养的自然衰老以及D-半乳糖、PQ诱导衰老的星形胶质细胞中表达下调并活性降低。
3.YAP在D-半乳糖诱导衰老的星形胶质细胞中下调和活性降低依赖于Hippo信号通路的激活。
4.星形胶质细胞内Yap的敲除导致在体和离体星形胶质细胞过早衰老,表现为细胞增殖能力的下降、细胞形态的肥大激活、半乳糖苷酶染色阳性细胞增多,衰老相关基因如p16INK4a、p53的上升和Lamin B1的表达下调。
5.在Yap敲除的星形胶质细胞中,CDK6的转录和蛋白水平均下降,并且衰老诱导的CDK6下降依赖YAP,而进一步过表达CDK6可部分挽救D-半乳糖诱导的星形胶质细胞衰老。
6.选择性MST1/2抑制剂XMU-MP-1可激活YAP信号,改善AD鼠及老年鼠的海马区衰老及认知行为。
7.二甲双胍可通过激活YAP明显改善体外培养的星形胶质细胞衰老。
结论:
在本研究中,发现YAP表达不仅在衰老小鼠和AD模型小鼠海马区的星形胶质细胞中下调,而且也在自然衰老和D-半乳糖、PQ诱导衰老的星形胶质细胞中通过激活Hippo信号通路下调。星形胶质细胞中敲除Yap导致衰老明显加重。进一步的机制探索发现YAP通过激活CDK6信号通路延缓星形胶质细胞的衰老。在小鼠体内使用药物激活YAP信号也可部分改善老年鼠及AD鼠海马区衰老及认知行为学。最后,二甲双胍作为一种治疗衰老的有效药物,可通过激活YAP在体外表现出抗衰老作用。这些研究结果表明YAP-CDK6信号通路可延缓星形胶质细胞的衰老,也首次揭示了XMU-MP-1在大脑中的抗衰老作用,这为延缓大脑衰老和治疗中枢退行性疾病提供新的思路和靶点。
衰老是人类无法避免的生理现象,而大脑对衰老特别敏感,多种神经退行性疾病如帕金森病(PD,Parkinsons disease)和阿尔兹海默症(AD,Alzheimers Disease)随着年龄的增长,发病人数直线上升。因此,关于衰老机制与抗衰老的研究一直是全球医学界关注的焦点。一直以来,大脑衰老被认为是由年龄渐长导致的神经元数目逐渐减少和功能减退引起的,主要研究方向也集中于神经元。近年来,越来越多的研究提示大脑衰老与星形胶质细胞具有更为密切的关系。星形胶质细胞是哺乳动物脑内最丰富的胶质细胞,在神经系统的发育和功能的维持中发挥非常重要作用。YAP(yes-associated protein)是Hippo信号通路的主要下游效应因子,在细胞自我更新、组织再生和调节器官大小方面发挥重要作用。近年来,YAP被报道参与肿瘤细胞的衰老,并且实验室之前的研究表明,YAP参与大脑皮层星形胶质细胞分化、增殖和激活,而细胞增殖减慢是衰老的显著标志之一。因此,推测YAP有可能通过调控增殖,参与星形胶质细胞的衰老过程,从而影响大脑衰老。然而,YAP在星形胶质细胞衰老中的具体作用和机制并不清楚。
目的:
本项目通过体外星形胶质细胞培养及衰老模型的建立,在细胞水平上及成体动物水平上研究YAP在星形胶质细胞衰老过程中的作用及分子机制,致力于为延缓脑衰老和治疗中枢退行性疾病提供新的靶点与方向。
方法:
首先,采用Western blot和免疫荧光染色检测YAP在老年鼠及AD模型鼠海马区星形胶质细胞中的表达情况。随后建立90天自然衰老模型,D-半乳糖111mM5天以及百草枯(PQ)40μM处理24h,恢复8天的两种体外衰老模型,采用Western blot和免疫荧光染色检测YAP的表达情况。
其次,通过构建YapGFAP-CKO小鼠,采用Western blot和免疫荧光染色检测YapGFAP-CKO小鼠星形胶质细胞中Yap的敲除情况及Yapf/f和YapGFAP-CKO小鼠的衰老情况。培养Yapf/f和YapGFAP-CKO小鼠来源的星形胶质细胞细胞在D-半乳糖诱导衰老后,采用半乳糖苷酶染色及Western blot检测Yap敲除是否加重星形胶质细胞衰老,以及qPCR和Western blot检测YAP下游分子CDK6的转录水平和蛋白水平,并用CDK6过表达质粒转染和半乳糖苷酶染色检测CDK6过表达能否逆转星形胶质细胞衰老情况。
最后,在老年鼠及AD鼠进行XMU-MP-1(选择性MST1/2(the Mammalian STe20-like kinases1and2)抑制剂)药物腹腔注射,通过Western blot及Y迷宫及巴恩斯(Barnes)迷宫行为学实验,检测激活YAP通路能否改善AD及老年小鼠海马区衰老及认知行为。进一步培养Yapf/f和YapGFAP-CKO小鼠来源的星形胶质细胞细胞在D-半乳糖诱导衰老后加入二甲双胍药物,采用半乳糖苷酶染色和Western blot检测二甲双胍是否通过YAP通路发挥其抗衰老作用。
结果:
1.YAP在老年小鼠和AD模型小鼠海马区的星形胶质细胞中表达下调并活性降低。
2.YAP在体外培养的自然衰老以及D-半乳糖、PQ诱导衰老的星形胶质细胞中表达下调并活性降低。
3.YAP在D-半乳糖诱导衰老的星形胶质细胞中下调和活性降低依赖于Hippo信号通路的激活。
4.星形胶质细胞内Yap的敲除导致在体和离体星形胶质细胞过早衰老,表现为细胞增殖能力的下降、细胞形态的肥大激活、半乳糖苷酶染色阳性细胞增多,衰老相关基因如p16INK4a、p53的上升和Lamin B1的表达下调。
5.在Yap敲除的星形胶质细胞中,CDK6的转录和蛋白水平均下降,并且衰老诱导的CDK6下降依赖YAP,而进一步过表达CDK6可部分挽救D-半乳糖诱导的星形胶质细胞衰老。
6.选择性MST1/2抑制剂XMU-MP-1可激活YAP信号,改善AD鼠及老年鼠的海马区衰老及认知行为。
7.二甲双胍可通过激活YAP明显改善体外培养的星形胶质细胞衰老。
结论:
在本研究中,发现YAP表达不仅在衰老小鼠和AD模型小鼠海马区的星形胶质细胞中下调,而且也在自然衰老和D-半乳糖、PQ诱导衰老的星形胶质细胞中通过激活Hippo信号通路下调。星形胶质细胞中敲除Yap导致衰老明显加重。进一步的机制探索发现YAP通过激活CDK6信号通路延缓星形胶质细胞的衰老。在小鼠体内使用药物激活YAP信号也可部分改善老年鼠及AD鼠海马区衰老及认知行为学。最后,二甲双胍作为一种治疗衰老的有效药物,可通过激活YAP在体外表现出抗衰老作用。这些研究结果表明YAP-CDK6信号通路可延缓星形胶质细胞的衰老,也首次揭示了XMU-MP-1在大脑中的抗衰老作用,这为延缓大脑衰老和治疗中枢退行性疾病提供新的思路和靶点。