吡咯喹啉醌对谷氨酸损伤神经元的保护作用及机制研究

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目的:  1.观察吡咯喹啉醌(PQQ)对体外培养海马神经元谷氨酸损伤的保护作用,并初步探讨其作用机制。  2.观察 PQQ对谷氨酸脑内注射大鼠模型神经元损伤的保护作用,并分析其作用机制。  方法:  1.体外培养胚胎大鼠海马神经元,神经元特异性染色(MAP2)鉴定神经元纯度;通过CCK-8法检测不同浓度PQQ(12.5μM、25μM、50μM、100μM)对正常培养海马神经元细胞活力的影响。  2.建立原代培养的海马神经元谷氨酸急性损伤模型(125μM,15 min),通过细胞形态观察和CCK-8法,观察PQQ对谷氨酸损伤海马神经元形态和细胞活力的影响。  3.通过Hoechst33342和TUNEL染色,观察PQQ对谷氨酸损伤海马神经元凋亡的影响。  4.通过Western blot和Caspase-3酶活性检测,观察PQQ对谷氨酸损伤海马神经元凋亡相关蛋白Bcl-2和Bax蛋白表达及凋亡相关蛋白酶Caspase-3活性的影响。  5.钙离子荧光探针Fluo-4/AM标记海马神经元,激光共聚焦显微镜下检测PQQ对谷氨酸诱导的Ca2+内流的影响。  6.通过TMRM染色,检测PQQ对谷氨酸诱导的海马神经元线粒体膜电位改变的影响。  7.通过活性氧(ROS)、超氧化物歧化酶(SOD)、还原型谷胱甘肽(GSH)、丙二醛(MDA)和一氧化氮(NO)分析,观察 PQQ对谷氨酸损伤神经元氧自由基生成及清除的影响。  8.通过线粒体氧化呼吸链不同复合物的抑制剂应用,寻找PQQ在线粒体自由基清除中可能的作用靶点。  9.通过Western blot检测Akt、GSK3β、JNK和P38蛋白磷酸化水平的表达变化,并加入相应通路抑制剂,观察各抑制剂对PQQ保护功能的影响,寻找PQQ保护作用相关的信号转导途径。  10.通过免疫荧光化学观察PQQ对谷氨酸损伤海马神经元Nrf2表达定位的影响,实时定量PCR检测PQQ对转录因子和抗氧化基因(Nrf1、Nrf2、HO-1、GCLC)的表达影响,并观察PI3K抑制剂的影响作用。  11.构建谷氨酸脑内注射模型,TUNEL检测PQQ在体内对大脑皮层神经细胞凋亡的影响,FCM分析PQQ对谷氨酸脑内注射大鼠皮层细胞ROS生成的影响,并检测SOD、GSH和MDA活性及含量的变化。  12.通过实时定量PCR和Western blot检测PQQ对谷氨酸脑内注射大鼠皮层细胞转录因子和抗氧化基因(Nrf1、Nrf2、HO-1、GCLC)表达及磷酸化 GSK3β表达的影响。  结果:  1.原代培养的海马神经元纯度较高,达95%以上,0~100μM浓度范围内PQQ对正常培养的神经元细胞活力没有显著影响。  2. PQQ对谷氨酸损伤的海马神经元具有保护作用,能抑制细胞活力的下降和减少细胞凋亡的产生,并呈现剂量依赖效应,在浓度为100μM时作用最佳。  3. PQQ能调节谷氨酸损伤海马神经元中凋亡相关蛋白Bcl-2和Bax的比例,降低凋亡蛋白酶Caspase-3的活性。  4. PQQ能稳定线粒体膜电位,减少谷氨酸诱导的Ca2+内流。  5. PQQ通过抑制谷氨酸损伤神经元中ROS的生成及增加ROS的清除,减少氧化应激损伤。  6.线粒体复合物I、III和IV抑制剂能增加海马神经元中ROS的生成,PQQ能减少复合物I和III抑制剂诱导的ROS增加,提示其作用靶点可能位于复合物I和III。  7. PQQ能维持谷氨酸损伤神经元中Akt的持续活化并激活其下游GSK3β信号,同时抑制JNK信号的激活。使用PI3K抑制剂可以阻断PQQ对神经元的保护作用及对凋亡蛋白比例的调节。  8. PQQ能促进Nrf2的核转位和表达,增加下游ARE依赖抗氧化基因HO-1和GCLC的表达,这种作用可以被PI3K抑制剂所抑制。  9. PQQ对谷氨酸脑内注射大鼠具有保护作用,可以减少注射周围皮层细胞凋亡的发生和降低大脑皮层细胞ROS的含量。  10. PQQ能促进谷氨酸脑内注射大鼠大脑皮层内Nrf2、HO-1和GCLC的表达,增加磷酸化GSK3β的表达,这可能与其保护功能相关。  结论:PQQ对体外培养的海马神经元谷氨酸损伤具有保护作用,能调节凋亡相关蛋白的比例及蛋白酶活性从而抑制细胞凋亡的发生。PQQ在体内也能拮抗谷氨酸诱导的大脑皮层细胞凋亡。PQQ的保护作用可能与稳定线粒体功能、减少Ca2+超载、降低 ROS损伤和增加抗氧化基因的表达相关。PI3K/Akt/GSK3β信号途径的活化在PQQ的保护功能中可能发挥了关键作用。
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