阿尔茨海默病大鼠自噬相关蛋白Beclin—1和凋亡相关蛋白p53表达变化及电针的调控作用

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  摘要:目的 观察电针对大鼠海马自噬相关蛋白Beclin-1和凋亡相关蛋白p53表达的影响,探讨电针治疗阿尔茨海默病(AD)的作用机制。方法 将大鼠随机分为正常组、假手术组、模型组和电针组。电针组取“百会”和“涌泉”进行电针治疗,每日1次,7 d为1个疗程,共治疗4个疗程。疗程结束后尼氏染色观察各组海马CA1区组织形态的变化并计数尼氏体阳性细胞,Western blot检测Beclin-1和p53蛋白的表达。结果 模型组CA1区尼氏体阳性的细胞数目较正常组显著减少(P<0.01),电针组锥体细胞和尼氏体表达较模型组明显增多(P<0.05)。与正常组比较,模型组海马组织中Beclin-1蛋白表达降低、p53蛋白表达升高(P<0.05);与模型组比较,电针组Beclin-1蛋白表达明显升高(P<0.01),p53蛋白表达降低(P<0.05)。结论 电针治疗可对抗β-淀粉样蛋白诱导的神经元凋亡,改善AD海马组织形态变化。
  关键词:电针;阿尔茨海默病;凋亡;自噬;Beclin-1蛋白;p53蛋白;大鼠
  DOI:10.3969/j.issn.1005-5304.2014.09.020
  中图分类号:R245 文献标识码:A 文章编号:1005-5304(2014)09-0068-04
  基金项目:国家自然科学基金(81102670);上海市高校青年教师专项基金(shzy015);
  上海中医药大学名师传承研究工程项目(2009120)
  通讯作者:国海东,E-mail:[email protected]
  阿尔茨海默病(Alzheimer's disease,AD)是一种慢性进行性的中枢神经系统退行性变性病,β-淀粉样蛋白(amyloid-β,Aβ)沉积形成的老年斑、神经原纤维缠结和神经元及其突触的缺失是其典型特征。目前AD的临床药物只能对症治疗,无法逆转其病理进程。自噬是细胞长寿命蛋白、变性或衰老细胞器的主要降解途径[1]。研究表明,自噬功能障碍与多种错折叠蛋白聚集体导致的神经变性疾病有关[2-3]。自噬障碍可能影响Aβ的清除和增加神经细胞死亡[4],表明自噬可以保护神经元免受Aβ诱导的凋亡[5],与AD的病理生理学密切相关。针灸治疗AD具有诸多的优势,且疗效明确[6-7]。本研究在构建AD大鼠模型的基础上,通过检测自噬相关蛋白Beclin-1和凋亡相关蛋白p53的表达变化,探讨电针治疗AD的作用机制。
  1 实验材料
  1.1 动物
  SPF级雄性SD大鼠60只,体质量(200±50)g,上海中医药大学实验动物中心提供,动物许可证号:SCXK(沪)2008-0016,实验室符合国家动物实验设施屏障系统标准。
  1.2 主要试剂与仪器
  Aβ1-40,美国Sigma公司;Beclin-1兔抗大鼠多克隆抗体和HRP标记山羊抗兔二抗,美国cell signaling technology公司;p53山羊抗大鼠多克隆抗体,美国Santa Cruz公司;HRP标记驴抗山羊二抗,美国Jackson ImmunoResearch公司;尼氏染色液和BCA蛋白浓度测定试剂盒,上海碧云天生物技术有限公司。针灸针,吴江市云龙医疗器械有限公司;立体定位仪(江湾I型),第二军医大学生理教研室研制;电泳仪和转膜仪,美国Bio-Rad公司。
  2 实验方法
  2.1 造模
  将Aβ1-40溶于生理盐水,再用PBS稀释成终浓度5 μg/μL,37 ℃孵育1周,使其变为聚集状态[8]。腹腔注射10%水合氯醛麻醉SD大鼠,将其头部固定于脑立体定位仪上,剪毛后常规皮肤消毒,沿正中矢状线纵行切开皮肤,暴露前囟,参考大鼠脑立体定位图谱[9],以前囟为原点,向后3.5 mm,左、右旁开2.0 mm为注射点,用牙科钻钻开左右对称的2个小孔,自脑颅骨表面进针深度为3.0 mm,用微量进样器抽取2 μL Aβ1-40,每点缓慢注射1 μL,5 min内注射完毕,注射完毕后留针5 min,使Aβ1-40扩散至注射部位,缓慢拔针后缝合皮肤。为防止感染,术后连续3 d肌肉注射青霉素8万单位。假手术组注射等量人工脑脊液。
  2.2 分组与治疗
  模型建立后7 d开始进行电针治疗。大鼠随机分为正常组、假手术组、模型组和电针组,每组6只。电针组取“百会”和“涌泉”,用0.25 mm×13 mm无菌毫针,“百会”平刺约2.5 mm,“涌泉”直刺约1.5 mm,连接G6805A型电针治疗仪,选择连续波,频率为20 Hz,强度以肢体局部轻微抖动且大鼠能安静耐受为度。针刺治疗每日1次,每次30 min,7 d为1个疗程,疗程间休息1 d,治疗4个疗程。正常组、假手术组及模型组正常饲养,不予电针治疗。
  2.3 尼氏染色
  Morris水迷宫检测结束后,部分动物经10% 水合氯醛腹腔注射麻醉,打开胸腔,充分暴露心脏,将注射针头插入左心室,随即剪开右心耳,快速灌注100 mL预冷的0.9%氯化钠溶液将血管内血液冲洗干净,然后缓慢灌注250 mL预冷的4%多聚甲醛至大鼠四肢强直、全身变硬后,快速断头取脑。将脑组织置于4%多聚甲醛中后固定24 h,然后进行乙醇梯度脱水、二甲苯透明、常规石蜡包埋。以注射点为中心做5 μm厚冠状切片,所有切片均包含海马区。取各组切片,二甲苯脱蜡、水化后,滴加尼氏染色液,室温染色10 min,分别经脱水、透明后用中性树胶封片,显微镜下观察各组海马CA1区尼氏体的表达。每只动物随即选取5个视野进行细胞计数。
  2.4 Beclin-1和p53蛋白表达测定
  采用Western blot方法测定。各组大鼠颈椎脱臼处死取脑,冰上分离海马组织,加入含苯甲酰磺酰氟的RIPA裂解液,玻璃匀浆器冰上匀浆后离心,收集总蛋白,通过BCA蛋白浓度测定试剂盒测定各标本蛋白浓度。每个标本各取30 μg上样后进行SDS-PAGE凝胶电泳。在半干转印仪上转膜40 min将蛋白转移至PVDF膜上,5%脱脂奶粉封闭2 h。倾去封闭液后,分别与Beclin-1、p53、GAPDH一抗和HRP标记二抗孵育。磷酸盐吐温缓冲液洗膜3次后,滴加增强化学发光化学发光试剂反应1 min,将膜固定于片夹内,暗室压片,显影定影。扫描胶片后,通过ImageJ图像分析软件计算目的蛋白的表达量,用目的蛋白的净像素值与GAPDH的净像素值的比值表示。   3 统计学方法
  采用SPSS15.0统计软件进行分析。实验数据均用—x±s表示,组间比较采用方差分析。P<0.05表示差异有统计学意义。
  4 结果
  4.1 电针对大鼠海马CA1区形态学的影响
  尼氏染色观察可见,正常组和假手术组大鼠海马CA1区锥体细胞层次丰富,排列紧密整齐,尼氏体染色较深;与正常组比较,模型组海马CA1区锥体细胞排列稀疏杂乱,细胞缺失,尼氏体表达明显减弱,甚至消失;电针治疗后,海马组织形态明显好转,锥体细胞和尼氏体表达显著增多,但仍未达到正常组和假手术组的水平。与正常组比较,模型组CA1区尼氏体阳性的细胞数目明显减少,差异有统计学意义(P<0.01);与模型组比较,电针组CA1区尼氏体阳性的细胞数目明显增多,差异有统计学意义(P<0.05)。
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  4.2 电针对大鼠海马组织Beclin-1、p53蛋白表达的影响
  图1 各组大鼠海马组织Beclin-1和p53蛋白表达
  5 讨论
  AD是引起老年痴呆最常见的原因。这种神经退行性疾病典型地以渐进性记忆衰减开始,并且最终不可逆地发展为全面认知功能障碍。海马是人类大脑处理学习和记忆的关键区域。神经元有规则的排列是海马和齿状回皮层构造最突出的特征。海马的主神经元包括锥体细胞和颗粒细胞,它们密集排布呈显著的带状,构成海马非常明显的界限。不同的形态结构是器官组织执行各种生理功能的物质基础。随着AD病理进程的发展,海马神经元逐渐丧失,从而引起记忆和认知功能衰退的临床症状[10]。本研究显示,正常组大鼠海马CA1区锥体细胞排列紧密整齐,尼氏体染色较深,模型组海马CA1区锥体细胞排列稀疏杂乱,大量神经元缺失,尼氏体表达明显减弱,甚至消失。电针治疗可明显改善海马组织形态结构。与模型组比较,电针组CA1区尼氏体阳性细胞的数目较模型组显著增多。结果提示,电针可保护海马区神经元抵抗Aβ造成的细胞丢失,从而保持海马区正常的神经元排布特征,改善和提高学习记忆和认知功能。
  研究表明,AD等神经退行性疾病与自噬功能障碍密切相关。自噬可通过降解长寿命蛋白、蛋白聚合物以及损伤细胞器调控细胞的稳态。自噬的过程包括一系列有序的步骤,包括核化、延长、包裹、降解等程序,其降解产物氨基酸可被机体重新利用。Beclin-1是自噬相关的特异性基因,直接参与自噬体的形成,在自噬体形成的核化阶段发挥调控作用[11]。在转基因小鼠AD模型中,Beclin-1杂合缺失降低神经细胞的自噬,可以增加9月龄小鼠神经细胞内Aβ的积聚和沉积,并促进神经变性[2]。自噬调节或Aβ-α7nAChR运输系统的障碍可能影响Aβ的清除和增加神经细胞死亡[4]。本研究表明,Aβ注射可使海马组织Beclin-1表达减少,而电针能提高Beclin-1水平,通过调控自噬活性,减少神经元丢失,改善受损组织形态结构。
  p53为肿瘤抑制基因,编码一种分子量为53 kDa的蛋白质p53,在控制细胞周期、细胞凋亡、基因组稳定性、抑制血管新生等方面扮演重要角色。p53调控凋亡的作用已受到广泛重视。p53主要通过线粒体途径介导细胞的凋亡。它通过转录活化多种靶基因,如p21、Bax、Bcl-2等调节细胞周期或细胞凋亡。p53表达水平在AD动物模型和AD患者脑中明显升高[12],这与海马神经元的凋亡有直接的关系。本研究发现,电针治疗可明显降低海马组织p53的表达水平。这与以前的报道结果一致[13]。我们发现,电针可以调节Bax和Bcl-2的平衡比值和凋亡执行蛋白Caspase-3的表达,对抗Aβ诱导的神经元凋亡[7]。本研究进一步提出,电针可能通过调控p53途径,介导其下游蛋白Bax、Bcl-2等的表达,发挥抗凋亡作用。
  虽然凋亡和自噬在形态学和生化代谢途径方面都有显著的区别,但二者在功能上却存在一定的联系。自噬是一把双刃剑,一般来说,自噬通常先于凋亡,在病理环境早期,自噬可保护细胞免于发生凋亡,而随着过度自噬的发生,自噬又可向凋亡转化,最终导致细胞死亡。在Aβ毒性下,出现大量自噬体的神经元并未见凋亡现象,通过3-甲基腺嘌呤抑制自噬可能导致神经元凋亡。这些结果表明自噬可以保护神经元免受Aβ诱导的凋亡[5]。p53不仅与细胞凋亡有关,而且还参与了自噬的调控[14]。Beclin-1可影响泛素特异性肽酶USP10和USP13的去泛素化活性,从而对p53蛋白水平进行调控[15]。本研究结果也提示,电针可能通过上调自噬活性,减少p53介导的神经元凋亡。
  综上所述,电针治疗可通过上调海马组织中自噬相关蛋白Beclin-1的水平,介导促凋亡相关蛋白p53的表达,对抗Aβ诱导的神经元凋亡,减少神经元的丢失,改善海马组织的形态变化。本研究为推广电针治疗AD及阐明电针治疗AD作用机制提供了实验依据。
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  (收稿日期:2014-03-12;编辑:华强)
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