糖代谢失调参与尾静脉注射牙龈卟啉单胞菌抑制大鼠海马神经发生的初步研究

来源 :中国医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:yinlei102
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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。
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