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低剂量电离辐射(Ionizing radiation,IR)引起中枢神经系统(Central nervous system,CNS)的损伤主要是过量ROS产生氧化应激,大量证据表明ROS能激活炎症途径。CNS的炎症反应被称为神经炎症(Neuroinflammation),大量实验和临床结果证明它是神经系统疾病的发生原因。NOD样受体3(NOD-like receptor 3,NLRP3)是最具特征的炎症体,主要由髓系细胞表达。通过刺激TLR激活、细胞因子和其他信号诱导产生。NLRP3炎症小体的活化能够影响炎症反应的发生。Toll样受体4(Toll-like receptor 4,TLR4)是一种独特的模式识别受体,广泛存在于多种神经细胞中,包括小胶质细胞(Microglia,MG)、星形胶质细胞(Astrocyte,Ast)、少突胶质细胞(Oligodendrocyte)和海马神经元等。它可以通过识别并结合相应的病原相关分子模式(Pathogen-associated molecular patterns,PMAPs)引发机体的固有免疫应答,诱导炎症反应。黄芪甲苷(Astragaloside IV,AS-IV)是黄芪皂苷的主要活性物质之一,越来越多的证据显示了黄芪甲苷在治疗炎症反应、氧化应激方面的突出效果。但黄芪皂苷是否能通过抑制NLRP3的活化和TLR4信号通路抑制电离辐射引起脑损伤尚未见报道。为了探讨这一问题,在本研究中,我们运用石蜡切片及免疫组化技术检测了黄芪甲苷对辐射损伤小鼠脑组织中小胶质细胞、星型胶质细胞活化与TLR4和NLRP3表达的作用;用Western blotting技术检测了黄芪甲苷对辐射损伤小鼠脑组织中NLRP3炎症小体和TLR4信号通路表达的影响,主要结果如下:(1)免疫组化结果表明,辐射处理组小胶质细胞阳性细胞显著增多,胞体变大,多为圆形,分支变粗变短;而黄芪甲苷干预组阳性细胞较辐射组少,细胞形态趋于正常。辐射组GFAP标记的阳性细胞明显增多,且集中于海马周围,标记的星形胶质细胞肥大且有明显的突起重叠现象,黄芪甲苷给药能明显下调GFAP的表达。辐射组海马齿状回神经元的TLR4阳性细胞显著增多,黄芪干预组可降低其表达。辐射组皮质的NLRP3阳性细胞显著增多,黄芪干预组可降低其表达。(2)Western blotting结果显示,与Control组相比,辐射组TLR4的蛋白表达量极显著性增加(P<0.001),IKBα的蛋白表达量极显著减少(P<0.001),NF-κB p65、p-p65、TNF-α以及IL-6蛋白表达量极显著增加(分别为P<0.001,P<0.01,P<0.01,P<0.01),而黄芪给药组则明显改变了这一趋势,这表明黄芪甲苷能显著抑制辐射诱导的体内TLR4途径的激活。与Control组相比,小鼠接受辐射处理后,脑组织中的NLRP3蛋白、Caspase-1和IL-1β的蛋白表达量明显呈上升趋势,具有显著差异(P<0.05或P<0.01),而黄芪甲苷给药处理能显著抑制NLRP3炎症小体相关蛋白的表达,与IR组相比,黄芪给药处理组NLRP3蛋白、Caspase-1和IL-1β的蛋白表达量显著下降(P<0.05或P<0.01)且具有剂量依赖关系,这表明黄芪甲苷能抑制NLRP3-Caspase1-IL-1β途径而产生生理效应。综上,本实验表明辐射能引起脑小胶质细胞和星形胶质细胞的活化,激活NLRP3和TLR4信号通路,而黄芪甲苷能抑制小胶质细胞和星形胶质细胞的活化,并通过抑制脑中NLRP3炎症小体激活和TLR4信号通路而对辐射诱导的脑损伤起到神经保护作用,本试验为黄芪甲苷治疗辐射损伤神经系统疾病提供新的思路和基础资料。