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目的:牙龈卟啉单胞菌(Porphyromonas gingivalis,P.gingivalis)是牙周炎进展的重要病原菌之一,可以进入血液循环造成菌血症,研究表明P.gingivalis菌体成分、毒力因子等在大脑海马组织中被检出。神经退行性疾病的发生发展与成年海马神经发生(adult hippocampal neurogenesis,AHN)密切相关,而AHN过程经历从糖酵解到有氧磷酸化的转变。本研究目的是观察尾静脉注射P.gingivalis对AHN的影响,并探究糖代谢是否参与此病变过程。方法:1、尾静脉注射P.gingivalis对大鼠海马组织学、神经干细胞(neural stem cells,NSCs)和神经元标志分子表达、糖代谢的影响:(1)动物分组:18只雄性Sprague Dawley(SD)大鼠按随机数字表法随机分为3组(每组6只),分别为对照组、低剂量组和高剂量组。低剂量组、高剂量组大鼠分别经尾静脉注射1.0×103和1.0×108菌落形成单位(colony formingunit,CFU)的P.gingivalis ATCC33277菌液200μl,对照组大鼠注射200 μl 磷酸盐缓冲液(phosphate buffer saline,PBS),3组大鼠均每周注射3次,连续8周。(2)苏木素-伊红(hematoxylin-eosin,HE)染色观察各组海马齿状回(dentate gyrus,DG)组织学变化。(3)免疫组织化学法检测各组大鼠海马DG中NSCs标志分子神经上皮干细胞蛋白(Nestin)、中间祖细胞标志分子SRY-box转录因子2(Sox2)、神经母细胞/未成熟神经元标志分子双皮质素(doublecortin,DCX)、成熟神经元标志分子神经元核蛋白(neuronal nuclei,NeuN)表达阳性细胞。(4)Western blot方法检测各组大鼠海马Nestin、DCX及NeuN的蛋白表达水平。(5)qRT-PCR检测各组大鼠海马糖代谢相关基因Pfkfb3、Pkm2、Ldha、Pdha1的表达。2、使用丙酮酸脱氢酶激酶(pyruvate dehydrogenase kinase,PDK)抑制剂二氯乙酸(dichloroacetate,DC A)调节糖酵解转向有氧氧化对P.gingivalis高剂量组大鼠的影响:(1)动物分组:18只雄性SD大鼠按随机数字表法随机分为3组(每组6只),分别为对照组、高剂量组、高剂量+DCA组。高剂量组、高剂量+DCA组大鼠经尾静脉注射200 μL P.gingivalis ATCC33277菌液(1.0×108 CFU),对照组注射等体积PBS,每周注射3次。同期,高剂量+DCA组每日灌胃DCA溶液(100 mg/kg),其他组大鼠灌胃生理盐水作为对照,连续8周。(2)qRT-PCR检测各组大鼠海马Pdk2、Pfkfb3、Pkm2、Ldha、Pdha1的表达。(3)HE染色观察各组大鼠海马DG组织学变化。(4)免疫组织化学法检测各组大鼠海马DG中Nestin、Sox2、DCX、NeuN表达阳性细胞。(5)Western blot方法检测各组大鼠海马中Nestin、DCX、NeuN的蛋白表达水平。结果:1、尾静脉注射P.gingivalis引起大鼠海马组织学、NSCs及神经元标志分子表达、糖代谢的变化:(1)HE染色检测大鼠海马组织学变化:P.gingivalis引起海马DG神经细胞空泡样变、坏死、凋亡等病理改变。(2)免疫组织化学法检测Nestin、Sox2、DCX、NeuN阳性表达细胞的密度:Nestin阳性细胞密度,在低剂量组[(35.36±4.32)个/mm2]和高剂量组[(26.51±5.89)个/mm2]均显著低于对照组[(59.58±14.15)个/mm2](分别为P=0.018、P=0.005);Sox2阳性细胞密度在低剂量组[(0.27±0.05)个/mm2]较对照组[(0.38±0.04)个/mm2]降低(P=0.022),高剂量组[(0.16±0.05)个/mm2]较对照组和低剂量组均降低(分别为P=0.001、P=0.029);DCX阳性细胞平均吸光度值,低剂量组(0.007±0.002)和高剂量组(0.006±0.002)均显著低于对照组(0.011±0.001)(分别为P=0.018、P=0.005);NeuN阳性神经元密度,高剂量组[(0.75±0.08)×103个/mm2]显著低于对照组[(1.13±0.14)×103个/mm2](P=0.017),低剂量组[(0.88±0.19)×103个/mm2]与对照组相比差异无统计学意义(P=0.075)。(3)Western blot检测Nestin、DCX、NeuN蛋白表达水平:与对照组相比,高剂量组大鼠海马中Nestin、DCX、NeuN表达水平均显著降低(分别为P<0.001、P=0.014、P=0.008),低剂量组上述3个指标与对照组相比差异均无统计学意义(分别为P=0.108、P=0.172、P=0.077)。(4)qRT-PCR检测海马糖代谢相关基因表达水平:高剂量组大鼠调节糖酵解的基因Pfkfb3、Pkm2和Ldha上调(分别为P=0.004、P=0.002、P=0.048)。低剂量组引起Pfkfb3、Pkm2较对照组显著上调(分别为P=0.004、P=0.003),对Ldha无显著性影响(P=0.074)。调节葡萄糖代谢进入三羧酸(tricarboxylic acid,TCA)循环的关键酶Pdha1在低剂量和高剂量组均显著下调(分别为P=0.022、P=0.010)。2、使用DCA调节糖酵解转向有氧氧化对P.gingivalis高剂量组大鼠的影响:(1)qRT-PCR检测海马糖代谢相关基因表达水平:DCA显著下调Pdk2基因表达水平(P=0.003),Pfkfb3的表达较高剂量组显著降低(P=0.003),Pdha1则较高剂量组有显著上调(P<0.001)。(2)HE染色检测海马组织学变化:给予DCA干预后显著减少空泡样、凋亡坏死状态的细胞,细胞排列较高剂量组致密。(3)免疫组织化学法检测Nestin、Sox2、DCX、NeuN阳性表达细胞密度:Nestin阳性细胞密度在高剂量+DCA组[(33.64±13.36)个/mm2]较高剂量组[(15.28±5.19)个/mm2]无显著性差异(P=0.067)。Sox2阳性细胞密度在高剂量+DCA组为(0.25±0.05)个/mm2,较高剂量组[(0.13±0.02)个/mm2]显著增加(P=0.008)。DCX阳性细胞平均吸光度值在高剂量组为(0.007±0.003),高剂量+DCA组(0.009±0.002)较其没有显著性差异(P=0.355)。与高剂量组[(0.85±0.02)×103个/mm2]相比,高剂量+DCA组NeuN阳性神经元密度[(1.02±0.12)×103个/mm2]显著增加(P=0.042)。(4)Western blot检测Nestin、DCX、NeuN蛋白表达水平:与高剂量组相比,高剂量+DCA组大鼠海马中Nestin、DCX、NeuN表达水平均显著增加(分别为P=0.011、P=0.037、P<0.001)。结论:尾静脉注射P.gingivalis引起大鼠的海马组织发生病理学改变,海马NSCs和神经元标志分子阳性表达细胞密度及蛋白表达水平降低,糖代谢相关基因表达失调。使用PDK抑制剂DCA使糖酵解转向有氧磷酸化,有效减轻P.gingivalis引起的大鼠海马病理学改变,NSCs和神经元标志分子表达的减少有一定程度的恢复,推测糖代谢失调参与P.gingivalis诱导的AHN受损。