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背景和目的
阿尔茨海默病(Alzheimers disease)AD)是一种慢性中枢神经系统退行性病变,以记忆力丧失和认知功能障碍为主要特征,主要的病理改变为:神经元的丢失,神经原纤维缠结(Neurofibrillary tangle,NFT)以及老年斑(Senile plaque,SP)。NFT由位于神经元内由异常过度磷酸化的微管相关蛋白(Tau)构成,SP由神经元外β淀粉样蛋白(β-amyloid,Aβ)沉积构成。随着全球人口老龄化,AD的发病率也随之上升,成为老年人死亡的第四大病因。由于AD的病因和发病机制并未完全清楚,所以药物治疗往往只是对症治疗,不能阻止病程的发展,疗效有限。干细胞移植治疗AD可以补充AD丢失的神经元,为AD的治疗开拓了新的途径。其中骨髓间充质干细胞(bone marrow mesenchymal stem cells,BMSCs)取材容易,体外容易培养和增殖,体内外研究BMSCs均可分化为神经细胞,而无神经干细胞移植的免疫排斥反应,可以作为治疗AD的理想种子细胞。但BMSCs移植治疗AD时,AD脑内病理环境的影响可能会导致移植的BMSCs分化异常并出现与AD患者脑内类似的病理改变。
在AD患者的脑内存在远高于正常水平的凝聚态的Aβ,是AD的主要毒性因子,可通过多种途径引起神经细胞凋亡。体外研究发现Aβ可以引起神经干细胞的贴壁分化,抑制细胞突起的延伸。Aβ的毒性作用使AD患者脑内出现磷酸激酶/磷酸化酶失衡,引起微管相关蛋白质Tau蛋白的异常磷酸化,导致微管稳定性丧失,引起轴浆运输障碍,形成NFT。近来,研究发现在NFT中有另一种细胞骨架蛋白-4.1蛋白聚集存在,有学者推测4.1蛋白可能参与NFT的形成。
本实验在体外培养大鼠BMSCs,在培养基中加入Aβ25~35,并诱导BMSCs分化为神经细胞。检测Aβ25~35对BMSCs向神经细胞分化的影响,检测指标包括细胞形态、GSK-3β磷酸化、Tau蛋白磷酸化程度和4.1蛋白表达的影响,进一步探讨AD的病理机制,并为临床BMSCs移植治疗AD提供相关实验数据。
方法:
体外分离SD大鼠BMSCs,采用贴壁培养法纯化并传代,取第3代BMSCs分两组:Aβ处理组给以20μmol/L Aβ25~3524 h后加入10 ng/ml碱性成纤维生长因子(bFGF)预诱导24h,然后全量换液为含2%二甲基亚砜(DMSO)和200μmol/L丁羟茴醚(BHA)的低糖DMEM培养基,5 h后收集细胞。对照组不加入Aβ25~35处理,其它步骤同实验组。
免疫细胞化学法检测[pSer262]Tau、[pSer396]Tau、4.1R、4.1G、神经元特异性烯醇化酶(NSE)表达。RT-PCR技术检测4.1蛋白和NSE的mRNA水平表达。Western blot检测[pSer262]Tau、[pSer396]Tau、NSE和GSK-3β的表达。
数据采用均数±标准差表示((x)±s),用SPSS10.0统计软件包处理所有数据。
结果:
1.免疫细胞化学法显示Ap处理组[pSer262]Tau、[pSer396]Tau表达显著高于对照组(P<0.05)。两组之间NSE、4.1R和4.1G的表达未见明显差异(P>0.05)。
2.RT-PCR显示Aβ处理组和对照组NSE、4.1R和4.1G的mRNA表达量没有差异(P>0.05)。
3.Western blot显示Aβ处理组[pSer262]Tau、[pSer396]Tau和GSK-3β表达显著高于对照组(P<0.05),两组之间NSE表达未见明显差异(P>0.05)。Aβ处理组和对对照组经过神经细胞诱导后的的NSE表达均显著高于诱导前(P<0.05)。
结论:
1.Aβ25~35对BMSCs向神经细胞分化表达NSE无明显影响。
2.Aβ25~35引起BMSCs分化的神经细胞的[pSer262]Tau、[pSer396]Tau和GSK-3β表达显著增高。
3.Aβ25~35对BMSCs分化的神经细胞中4.1蛋白的表达无明显影响。