慢性冷暴露上调GABA诱导小鼠海马体内小胶质细胞活化机制

来源 :黑龙江八一农垦大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:jimmycjriyue
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冷应激是我国北方地区最常见的应激反应之一,慢性冷应激不仅会破坏机体的内环境稳态,影响动物的免疫功能,还会对神经内分泌系统造成损伤,实验室的前期研究发现,慢性冷应激导致小鼠海马体中神经递质γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)代谢紊乱,海马体内成熟神经元的数量也发生了显著下降,并伴随着小胶质细胞的活化,提示神经炎症的产生,然而,其发生机制仍有待进一步探究。那么,冷暴露状态下,小胶质细胞活化的机制究竟是怎样的呢?这种神经炎症的产生是否又与神经递质的代谢紊乱有关呢?因此,揭示小鼠海马体对慢性冷暴露的响应,并初步阐明冷暴露诱导小鼠海马体内小胶质细胞活化的相关机制,对于明确冷应激的致病机理并提出应激损伤的保护措施具有重要意义。为探究慢性冷暴露对小鼠内环境稳态和海马体的影响,将5周龄雄性C57BL/6小鼠随机分为冷暴露组(Cold exposure,CE)和常温对照组(Room temperature,RT),冷暴露组小鼠每天置于4°C人工智能气候室冷暴露3 h,连续冷暴露7天,通过血气分析结合ELISA检测机体的酸碱平衡状态、神经递质以及应激激素的释放。结果发现冷暴露后小鼠动脉PCO2(P<0.05)、tCO2(P<0.01)、pH值(P<0.01)以及K+浓度(P<0.05)均出现了显著变化,小鼠血清中GABA(P<0.01)、皮质酮(Corticosterone,CORT)(P<0.0001)的水平显著升高,提示慢性冷暴露破坏了小鼠内环境稳态。通过免疫组化、免疫荧光、尼氏染色、western blot等方法评估慢性冷暴露对小鼠海马神经元的影响,检测海马体中神经胶质细胞的状态、微管相关蛋白2(Microtubule-associated protein 2,MAP-2)、NOD样受体蛋白3(Nucleotide-binding domain(NOD)-like receptor(NLR)protein 3,NLRP3)炎症体和核因子κB(Nuclear factor kappa-B,NF-κB)信号通路关键蛋白的表达。结果发现,与对照组相比,冷暴露组小鼠海马体中热休克蛋白70(Heat Shock Protein 70,Hsp70)的表达显著增加(P<0.01),脑源性神经营养因子(Brain-derived neurotrophic factor,BDNF)(P<0.01)、C-FOS(P<0.0001)、MAP-2的表达,以及尼氏小体的数量均明显减少,海马体中的星形胶质细胞增多,小胶质细胞被活化,肿瘤坏死因子-α(Tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白细胞介素-1β(Interleukin-1β,IL-1β)的表达也显著增加(P<0.01),GABAB1(P<0.001)、GABAB2(P<0.01)、NLRP3(P<0.001),半胱氨酸蛋白酶-1(Cysteine-requiring Aspartate Protease-1,Caspase-1)(P<0.05)的表达显著增加,去乙酰化酶沉默信息调节因子2相关酶1(Sirtuin1,SIRT1)(P<0.05)的表达显著降低,p65的乙酰化水平显著升高(P<0.01),说明慢性冷暴露导致小鼠海马神经元受损、小胶质细胞活化、NLRP3炎症体和NF-κB信号通路激活。为探究GABA对BV2细胞NLRP3炎症体和NF-κB信号通路的影响,使用不同浓度GABA处理BV2细胞,通过qPCR技术并结合CCK-8细胞活力检测试验,筛选小胶质细胞的活化浓度。结果显示,当GABA终浓度为200μM时,IL-1β的表达显著升高(P<0.01),与此同时,细胞活力未受到明显影响(P>0.5),小胶质细胞活化的两个标志物,离子钙接头蛋白-1(Ionized calcium binding adaptor molecule-1,IBA-1)和CD11b阳性细胞以及促炎细胞因子(P<0.01)的表达明显增多,说明小胶质细胞被活化。再通过免疫荧光、western blot检测炎症相关信号通路,并通过双萤光素酶报告基因试验检测关键蛋白启动子的活性。结果发现,GABAB1(P<0.001)、GABAB2(P<0.001)以及NLRP3(P<0.001)、Cleaved-caspase-1(P<0.0001)的表达显著增加,说明NLRP3炎症体信号通路被激活。SIRT1的表达显著降低(P<0.01),p65的乙酰化水平显著升高(P<0.001),细胞核中p65(P<0.001)、组蛋白H3的乙酰化修饰水平(P<0.0001)显著升高,p65启动子活性显著增强(P<0.05)。说明NF-κB信号通路被激活。为验证GABA介导的BV2细胞活化与NLRP3炎症体和NF-κB信号通路关系,分别使用不同浓度的NLRP3炎症体信号通路的抑制剂MCC950和NF-κB信号通路的抑制剂BAY 11-7082处理BV2细胞,6 h后,再添GABA(200μM)处理BV2细胞3 h,通过qPCR结合CCK-8细胞活力检测试验,筛选抑制剂的浓度,再通过免疫荧光、western blot、以及双萤光素酶报告基因试验等方法检测两种抑制对NLRP3炎症体和NF-κB信号通路的抑制效果。结果发现100μM的MCC950和10μM的BAY均能有效的抑制GABA处理引起的NLRP3炎症体和NF-κB信号通路激活。最后检测抑制剂的添加对GABA诱导BV2细胞活化的影响,结果发现,MCC950和BAY处理均能显著抑制GABA处理引起的BV2细胞IL-1β(P<0.001)以及IBA-1(P<0.0001,P<0.01)表达的增加,证明NLRP3炎症体和NF-κB信号通路介导了GABA诱导的BV2细胞活化。结论:慢性冷暴露诱导小鼠GABA水平升高,过量的GABA通过NLRP3炎症体和NF-κB信号通路诱导海马体小胶质细胞的活化,释放炎症因子,最终损伤海马神经元。
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