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目的:基于自噬研究延龄草中的皂苷成分DTCA(deoxytrillenoside CA)和ETCA(epitrillenoside CA)改善阿茨海默症(Alzheimer’s disease,AD)的作用及其分子机制。
方法:本实验中我们使用以下方法进行了相应研究:(1)MTT和流式细胞法检测DTCA/ETCA对HT-22和PC-12细胞活性的影响;(2)硫黄素法检测DTCA/ETCA对Aβ(25-35)和Aβ(1-42)纤维形成的抑制作用;(3)生物膜干涉法检测DTCA/ETCA与Aβ(1-42)的相互作用;(4)MTT、流式细胞检测、Hochest/PI染色以及荧光显微镜成像法检测DTCA/ETCA对Aβ、APP或Tau诱导的或过表达的HT-22和PC-12细胞中的相应蛋白表达及细胞活性的影响;(5)Western blot和荧光显微镜成像法检测DTCA/ETCA对自噬标志蛋白及调控自噬的关键信号通路蛋白的表达的影响;(6)应用Atg7敲除的MEF细胞和自噬抑制剂探讨DTCA/ETCA是否通过激活自噬清除AD相关蛋白;(7)应用表达自噬关键基因及AD相关蛋白基因的转基因线虫模型研究DTCA/ETCA在线虫体内激活自噬,抑制AD相关蛋白表达并改善行为能力的作用;(8)应用APP/PS1转基因小鼠研究ETCA改善AD小鼠认知能力的作用和机制。
结果:通过以上研究方法和手段我们取得了以下主要成果。(1)DTCA/ETCA在0.3-2?M范围内对HT-22和PC-12的细胞活性没有显著影响;(2)DTCA/ETCA抑制Aβ(25-35)/Aβ(1-42)纤维的形成;(3)DTCA/ETCA与Aβ(1-42)有相互结合的作用;(4)DTCA/ETCA有效清除HT-22和PC-12细胞内的AD相关蛋白并抑制其诱导的细胞凋亡;(5)DTCA/ETCA浓度依赖性地提高HT-22细胞内的LC3-II蛋白表达;增加HT-22细胞内GFP-LC3斑点的形成;增加线粒体染料Mito-tracker和GFP-LC3在HT-22细胞内的荧光共定位,表明自噬/线粒体自噬的发生;自噬抑制剂3-甲基腺嘌呤(3-methyladenine,3-MA)显著抑制DTCA/ETCA诱导的HT-22细胞中的LC3-II蛋白表达和GFP-LC3斑点的形成;巴弗霉素A(bafilomycin A1,BafA1)进一步促进DTCA和ETCA诱导的HT-22细胞中的LC3-II蛋白表达和GFP-LC3斑点的形成;3-MA及Baf显著抑制DTCA/ETCA对HT-22或PC-12细胞中AD相关蛋白的清除作用;(6)DTCA/ETCA通过Atg7激活自噬并清除AD的相关蛋白;(7)DTCA/ETCA显著抑制HT-22细胞中p-PI3K、p-AKT、p-mTOR、p-P70S6K和p-ULK1(Ser757)的蛋白表达;增强p-AMPK、p-ULK1(Ser555)、PINK1和Parkin的蛋白表达;AMPK抑制剂Compound C显著抑制DTCA/ETCA处理的HT-22细胞中的LC3-II蛋白表达和GFP-LC3斑点的形成;(8)DTCA/ETCA诱导细胞自噬流的发生;(9)DTCA/ETCA显著降低了BC12921线虫中GFP-P62的表达并增加了DA2123线虫体内GFP-LGG-1荧光斑点的形成;(10)DTCA/ETCA显著降低了AD转基因线虫模型CL4176的瘫痪率,同时改善BR5270转基因线虫的食物感知行为;(11)DTCA/ETCA可通过unc-51、pdr-1、beca-1和ps-34基因激活自噬抑制AD转基因线虫模型CL4176的瘫痪率;(12)ETCA能显著缩短APP/SP1小鼠在水迷宫实验中逃逸时间和总游程;WB结果显示:ETCA抑制APP/SP1小鼠脑内的Aβ和p-Tau的蛋白表达,ETCA抑制p-mTOR、p-ULK1(Ser757)、p-P70S6K以及Bax/Bcl-2的比率,ETCA提高p-AMPK、p-ULK1(Ser555)、PINK1、Parkin和LC3-II的蛋白表达;免疫组化结果表明:ETCA降低脑组织中Aβ、p-Tau、GFAP和Iba-1的表达,ETCA提高LC3B、PINK1、Parkin和NeuN的表达。
结论:从延龄草中分离获得的延龄草皂苷成分DTCA/ETCA在体内外的AD模型中具有清除AD相关病理蛋白并改善AD的行为及认知功能的作用,其主要分子机制与mTOR、AMPK/ULK1和PINK1/Parkin信号通路调控的自噬/线粒体自噬密切相关。
方法:本实验中我们使用以下方法进行了相应研究:(1)MTT和流式细胞法检测DTCA/ETCA对HT-22和PC-12细胞活性的影响;(2)硫黄素法检测DTCA/ETCA对Aβ(25-35)和Aβ(1-42)纤维形成的抑制作用;(3)生物膜干涉法检测DTCA/ETCA与Aβ(1-42)的相互作用;(4)MTT、流式细胞检测、Hochest/PI染色以及荧光显微镜成像法检测DTCA/ETCA对Aβ、APP或Tau诱导的或过表达的HT-22和PC-12细胞中的相应蛋白表达及细胞活性的影响;(5)Western blot和荧光显微镜成像法检测DTCA/ETCA对自噬标志蛋白及调控自噬的关键信号通路蛋白的表达的影响;(6)应用Atg7敲除的MEF细胞和自噬抑制剂探讨DTCA/ETCA是否通过激活自噬清除AD相关蛋白;(7)应用表达自噬关键基因及AD相关蛋白基因的转基因线虫模型研究DTCA/ETCA在线虫体内激活自噬,抑制AD相关蛋白表达并改善行为能力的作用;(8)应用APP/PS1转基因小鼠研究ETCA改善AD小鼠认知能力的作用和机制。
结果:通过以上研究方法和手段我们取得了以下主要成果。(1)DTCA/ETCA在0.3-2?M范围内对HT-22和PC-12的细胞活性没有显著影响;(2)DTCA/ETCA抑制Aβ(25-35)/Aβ(1-42)纤维的形成;(3)DTCA/ETCA与Aβ(1-42)有相互结合的作用;(4)DTCA/ETCA有效清除HT-22和PC-12细胞内的AD相关蛋白并抑制其诱导的细胞凋亡;(5)DTCA/ETCA浓度依赖性地提高HT-22细胞内的LC3-II蛋白表达;增加HT-22细胞内GFP-LC3斑点的形成;增加线粒体染料Mito-tracker和GFP-LC3在HT-22细胞内的荧光共定位,表明自噬/线粒体自噬的发生;自噬抑制剂3-甲基腺嘌呤(3-methyladenine,3-MA)显著抑制DTCA/ETCA诱导的HT-22细胞中的LC3-II蛋白表达和GFP-LC3斑点的形成;巴弗霉素A(bafilomycin A1,BafA1)进一步促进DTCA和ETCA诱导的HT-22细胞中的LC3-II蛋白表达和GFP-LC3斑点的形成;3-MA及Baf显著抑制DTCA/ETCA对HT-22或PC-12细胞中AD相关蛋白的清除作用;(6)DTCA/ETCA通过Atg7激活自噬并清除AD的相关蛋白;(7)DTCA/ETCA显著抑制HT-22细胞中p-PI3K、p-AKT、p-mTOR、p-P70S6K和p-ULK1(Ser757)的蛋白表达;增强p-AMPK、p-ULK1(Ser555)、PINK1和Parkin的蛋白表达;AMPK抑制剂Compound C显著抑制DTCA/ETCA处理的HT-22细胞中的LC3-II蛋白表达和GFP-LC3斑点的形成;(8)DTCA/ETCA诱导细胞自噬流的发生;(9)DTCA/ETCA显著降低了BC12921线虫中GFP-P62的表达并增加了DA2123线虫体内GFP-LGG-1荧光斑点的形成;(10)DTCA/ETCA显著降低了AD转基因线虫模型CL4176的瘫痪率,同时改善BR5270转基因线虫的食物感知行为;(11)DTCA/ETCA可通过unc-51、pdr-1、beca-1和ps-34基因激活自噬抑制AD转基因线虫模型CL4176的瘫痪率;(12)ETCA能显著缩短APP/SP1小鼠在水迷宫实验中逃逸时间和总游程;WB结果显示:ETCA抑制APP/SP1小鼠脑内的Aβ和p-Tau的蛋白表达,ETCA抑制p-mTOR、p-ULK1(Ser757)、p-P70S6K以及Bax/Bcl-2的比率,ETCA提高p-AMPK、p-ULK1(Ser555)、PINK1、Parkin和LC3-II的蛋白表达;免疫组化结果表明:ETCA降低脑组织中Aβ、p-Tau、GFAP和Iba-1的表达,ETCA提高LC3B、PINK1、Parkin和NeuN的表达。
结论:从延龄草中分离获得的延龄草皂苷成分DTCA/ETCA在体内外的AD模型中具有清除AD相关病理蛋白并改善AD的行为及认知功能的作用,其主要分子机制与mTOR、AMPK/ULK1和PINK1/Parkin信号通路调控的自噬/线粒体自噬密切相关。