張曉愉 張昆鵬 王建民 趙曉輝 (邢臺市人民醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科,邢臺 054000)
帕金森(Parkinson′s disease,PD)又稱為震顫麻痹,是一種常見的神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病,多發(fā)于老年人[1,2]。PD主要是由于黑質(zhì)致密部多巴胺能神經(jīng)元變性、壞死引起,PD患者腦組織病理改變表現(xiàn)為黑質(zhì)致密部多巴胺能神經(jīng)元嚴重缺失,現(xiàn)階段尚無徹底治療的方法[3,4]。圣草次苷又稱為圣草枸楷苷,是一種常見的黃銅類中藥,可減輕氧化應激損傷、降血脂,其抗氧化能力強于橙皮苷、柚皮苷等,同時可以降低血脂[5]。本實驗給大鼠注射MPTP制成PD模型,并使用圣草次苷處理,旨在研究圣草次苷對PD疾病的影響,以期了解圣草次苷對PD治療的作用機理,從而為PD的治療提供一定的理論依據(jù)。
1.1材料
1.1.1動物 SPF級3周齡SD小鼠75只,購自廣東醫(yī)學院實驗動物中心,粵監(jiān)證字 2004A029號,所有小鼠分15個籠子飼養(yǎng),每個籠子5只。所有小鼠均在本院動物中心實驗室飼養(yǎng),飼養(yǎng)溫度20~25℃,相對濕度50%~65%,該實驗經(jīng)過動物倫理委員會批準同意。
1.1.2藥物與試劑 圣草次苷(產(chǎn)品編號:E52220;CAS:13463-28-0;純度>98%;分子式:C27H32O15,水溶性)購自上海吉至生化科技有限公司;甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶購自百靈威科技有限公司;蘇木素、伊紅購自武漢博士得生物有限公司;中性福爾馬林、酒精、二甲苯購自天津科密歐有限公司;丙二醛(malondialdehyde,MDA)、超氧化物歧化酶(superoxidedismutase,SOD)、乳酸脫氫酶(lactic dehydrogenase,LDH)、谷胱甘肽過氧化物酶(glutathione peroxidase,GSH)檢測試劑盒均購自上海恒遠生物科技有限公司;Caspase-3抗體(批號:31A1067201806)購自碧云天公司;Caspase-9抗體(貨號:sc-56076;批號:20190401)、Bcl-2抗體(貨號:sc-7382;批號:20190201)、Bax抗體(貨號:sc-7480;批號:20190301)購自美國Santa Cruz Biotechnology公司;誘生型一氧化氮合酶(Inducible Nitric Oxide Synthase,iNOS)ELISA試劑盒購自安徽大千生物;白細胞介素-6(interleukin-6,IL-6)、腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α) ELISA試劑盒購自美國貝克曼庫爾特有限公司;TUNEL 細胞凋亡檢測試劑盒(批號:11684817910)購自美國羅氏公司;HRP羊抗兔IgG、HRP羊抗鼠IgG等二抗購自美國Thermo公司。
1.1.3儀器 Sysmex-chemix-180 型全自動生化分析儀購自日本 Furuno Electric公司;BS-124s 型電子天平購自北京賽多斯儀器系統(tǒng)有限公司;TGL-16M低溫離心機購自濟南來寶醫(yī)療器械有限公司;SG-51正置型金相顯微鏡購自上海光學儀器廠;蛋白電泳及轉(zhuǎn)膜儀購自美國Bio-Rad公司;凝膠成像系統(tǒng)購于以色列DNR公司;LD-66實驗室切片機購自長沙益廣制藥機械公司。
1.2方法
1.2.1分組及建立模型 將75只小鼠適應性喂養(yǎng)1周,采用隨機分組法分為:健康對照組(Control)、模型組(MPTP)、圣草次苷低劑量組(Eriocitrin 8 mg/kg)、圣草次苷中劑量組(Eriocitrin 16 mg/kg)、圣草次苷高劑量組(Eriocitrin 32 mg/kg),每組各15只;將模型組、圣草次苷低劑量組、圣草次苷中劑量組、圣草次苷高劑量組小鼠制成帕金森小鼠模型,制作方法參考趙夢蝶等[6]研究具體操作如下:腹腔注射20 mg/(kg·d)的MPTP溶液,持續(xù)一周制成帕金森小鼠模型,完成造模后,腹腔注射啊撲嗎啡 0.5 mg/kg,10~15 min大鼠出現(xiàn)單側(cè)旋轉(zhuǎn)現(xiàn)象,持續(xù)記錄30 min,若旋轉(zhuǎn)圈數(shù)平均>7 r/min,即為造模成功。
1.2.2藥物干預 將水溶性圣草次苷溶解于生理鹽水中,按照劑量配置圣草次苷水溶液。圣草次苷低劑量組(80 mg/kg)、圣草次苷中劑量組(16 mg/kg)、圣草次苷高劑量組(32 mg/kg)使用圣草次苷灌胃處理,模型組和空白對照組使用等量的生理鹽水處理。
1.2.3檢測項目
1.2.3.1小鼠行為學實驗 小鼠行為學實驗采用:曠場實驗、懸掛實驗和游泳實驗,三個實驗均在同一天進行。曠場實驗:曠場裝置由黑色方形基座和黑色墻壁組成。將小鼠放置在房間的角落,適應1 min后,使用視頻計算機跟蹤系統(tǒng)記錄小鼠自發(fā)活動5 min 運動路程與停留時間。
小鼠完成曠場實驗后休息2 h開始懸掛實驗,將小鼠懸掛在水平尼龍線上,離開地面20 cm,記錄小鼠能用一只爪抓住尼龍繩的時間。
小鼠完成懸掛實驗后休息2 h開始游泳實驗:將小鼠放入水池中,水池大小為30×30×30 cm,水溫為28℃,記錄小鼠游泳力竭開始下沉時間。
1.2.3.2HE染色和TUNEL染色 完成小鼠行為實驗后使用斷頸法處死小鼠,去小鼠腦組織,使用二甲苯浸泡、不同梯度酒精脫水、蘇木精浸泡、鹽酸酒精分化、沖洗、伊紅染色、酒精浸泡、二甲苯浸泡,分別采用TUNEL 染色和HE染色,最后中性樹膠封片即可。在10×40的倍鏡觀察小鼠腦組織凋亡情況。
1.2.3.3Western blot 檢測蛋白表達水平 使用Western blot 檢測Bax、Bcl-2、Caspase-3、Caspase-9、Nrf2、HO-1和NQO1蛋白,取小鼠腦組織,使用胰蛋白酶消化后,提取總蛋白,使用半干法將蛋白轉(zhuǎn)移到PVDF膜,置于5%脫脂奶粉室溫封閉2 h后加入各需要檢測蛋白的一抗,二抗,孵育2 h,以β-actin為內(nèi)參蛋白,采用顯色液顯色后行吸光度分析,計算各蛋白相對表達量。
1.2.3.4ELISA檢測 取小鼠腦組織,剪碎并使用胰蛋白酶制成勻漿,嚴格按照酶聯(lián)免疫吸附法試劑盒測操作,測定小鼠肝組織中IL-6、TNF-α、iNOS和IL-10含量水平。
2.1小鼠行為學實驗檢測結(jié)果 由表1小鼠行為學實驗可以看出,相比健康對照組,模型組小鼠曠場移動路程、曠場中心區(qū)域活動時間、游泳時間和懸掛時間均顯著降低(P<0.05);相比模型組,圣草次苷低劑量組曠場移動路程、曠場中心區(qū)域活動時間、游泳時間和懸掛時間均無顯著變化(P>0.05),圣草次苷中劑量組和圣草次苷高劑量組曠場移動路程、曠場中心區(qū)域活動時間、游泳時間和懸掛時間顯著升高(P<0.05)。
2.2染色觀察小鼠神經(jīng)元凋亡情況 由圖1 HE染色和TUNEL染色可以看出,空白對照組小蘇神經(jīng)元細胞分布均勻,且基本無壞死;模型組小鼠組神經(jīng)細胞分布散亂,且數(shù)量缺失明顯增多,壞死細胞較多;圣草次苷低劑量組,細胞分布較為散亂,有較多的細胞缺失和壞死;圣草次苷中劑量組神經(jīng)細胞分布較為整齊,少量神經(jīng)細胞缺失和壞死。
2.3小鼠腦組織凋亡相關(guān)蛋白表達情況 由表2蛋白質(zhì)印跡實驗可以看出,相比空白對照組,模型組小鼠Bcl-2蛋白表達顯著降低,Bax、Caspase-3和Caspase-9蛋白表達水平顯著升高(P<0.05);相比模型組,低劑量組Caspase-3蛋白表達無顯著差異(P>0.05);相比模型組,使用圣草次苷處理各組小鼠Bax/Bcl-2、Caspase-3和Caspase-9蛋白表達水平顯降低(P<0.05)。
2.4試劑盒檢測小鼠黑質(zhì)中相關(guān)物質(zhì)含量水平 由表2可以看出,相比空白對照組,模型組小鼠SOD水平顯著降低,MDA、LDH、GSH水平顯著升高(P<0.05);相比模型組,圣草次苷低劑量組MDA、SOD、LDH、GSH水平均無顯著變化(P>0.05);相比模型組,圣草次苷中劑量組和圣草次苷高劑量組MDA、LDH、GSH水平顯著降低,SOD水平顯著升高(P<0.05)。
2.5ELISA檢測小鼠外周血相關(guān)物質(zhì)含量水平 由表3 ELISA 檢測結(jié)果可以看出,相比空白對照組,模型組小鼠TNF-α、IL-6、iNOS水平顯著升高(P<0.05),IL-10無顯著變化(P>0.05);相比模型組,圣草次苷低劑量組TNF-α、IL-6、iNOS、IL-10水平均無顯著變化(P>0.05);相比模型組,圣草次苷中劑量組和圣草次苷高劑量組TNF-α、IL-6、iNOS水平顯著降低,IL-10水平顯著升高(P<0.05)。
GroupsnField travel(cm)Activity time(s)Swimming time(s)Hang time(s)Control153 324.56±132.366.13±0.39153.12±10.92123.65±12.32MPTP152 067.31±113.121)3.08±0.451)62.13±9.031)56.52±7.841)Eriocitrin(8 mg/kg)152 106.45±109.673.14±0.2464.06±8.2860.12±8.73Eriocitrin(16 mg/kg)152 698.12±138.542)4.52±0.522)96.54±11.332)84.26±11.172)Eriocitrin(32 mg/kg)152 916.87±126.492)5.77±0.472)123.25±13.022)103.97±14.932)
Note:1)P<0.05,compared with Control group;2)P<0.05,compared with MPTP group.
2.6蛋白質(zhì)印跡檢測相關(guān)信號通路蛋白表達情況 由圖2蛋白質(zhì)印跡實驗可以看出,相比空白對照組,模型組小鼠Nrf2、HO-1、NQO1蛋白表達水平顯著降低(P<0.05);相比模型組,使用圣草次苷處理各組小鼠腦組織Nrf2、HO-1、NQO1蛋白表達水平顯著升高(P<0.05)。
圖1 染色觀察小鼠神經(jīng)元凋亡情況
GroupsnMDA(mmol/ml)SOD(U/ml)LDH(U/L)GSH(U/ml)Control152.15±0.317.03±0.81789.39±125.0442.05±4.58MPTP155.42±0.541)2.18±0.571)2134.61±284.591)94.27±8.211)Eriocitrin(8 mg/kg)155.28±0.462.54±0.262091.42±234.6291.34±6.73Eriocitrin(16 mg/kg)153.62±0.352)5.14±0.392)1432.39±135.782)65.06±8.192)Eriocitrin(32 mg/kg)152.74±0.522)7.53±0.422)923.48±107.132)53.18±7.522)
Note:1)P<0.05 means comparison with healthy control group;2)P<0.05 means comparison with model group.
GroupsnTNF-α (pg/ml)IL-6(pg/ml)iNOS (pg/ml)IL-10 (pg/ml)Control1545.38±6.5412.39±3.0954.64±8.828.17±1.67MPTP15234.24±25.841)86.27±11.251)201.42±23.481)9.73±1.88Eriocitrin(8 mg/kg)15219.48±19.4284.56±9.34196.43±26.6610.69±2.36Eriocitrin(16 mg/kg)15126.73±16.842)49.81±6.122)125.62±15.282)14.36±2.052)Eriocitrin(32 mg/kg)1579.48±11.922)26.15±5.172)84.32±8.932)22.21±3.532)
Note:1)P<0.05,compared with Control group;2)P<0.05,compared with MPTP group.
圖2 小鼠腦組織凋亡相關(guān)蛋白表達情況
圖3 蛋白質(zhì)印跡檢測相關(guān)信號通路蛋白表達情況
神經(jīng)功能評分是衡量PD嚴重程度的重要指標之一,PD患者黑質(zhì)致密部多巴胺能神經(jīng)元變性壞死會使得行為受到一定的限制和滯后[7]。本研究發(fā)現(xiàn),相比模型組圣草次苷中劑量組和圣草次苷高劑量組曠場移動路程、曠場中心區(qū)域活動時間、游泳時間和懸掛時間顯著升高,但圣草次苷低劑量組則無顯著變化。說明使用圣草次苷可以有效改善小鼠神經(jīng)功能,但當劑量低于16 mg/(kg·d)時無顯著效果。
神經(jīng)細胞的凋亡是為了維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定,且受到凋亡相關(guān)基因控制,但當神經(jīng)凋亡過多則會導致神經(jīng)功能受到影響[8]。caspase家族基因是控制凋亡的重要基因之一,當細胞凋亡途徑激活后,上游信號經(jīng)傳遞能夠激活下游caspase-9的活化,放大凋亡信號,激活caspase-3,而凋亡信號一旦傳遞到caspase-3蛋白活化,細胞凋亡進入不可逆階段[9,10]。除了caspase家族,Bcl-2家族也是控制細胞凋亡的重要基因之一,主要包括Bcl-2和Bax這兩種蛋白表達量決定細胞是否凋亡[11-13]。Bax和Bcl-2表達呈相反趨勢,當Bcl-2表達下降時 Bax 表達上升,此時會促進細胞的凋亡;當Bcl-2 表達升高,而 Bax 表達降低時,則會抑制細胞的凋亡。本實驗中可以看出,相比模型組,使用圣草次苷處理各組小鼠Bax/Bcl-2、caspase-3和caspase-9蛋白表達水平顯降低,同時可以從HE染色和TUNEL染色實驗看出,使用圣草次苷處理后小鼠腦神經(jīng)細胞凋亡顯著降低,說明圣草次苷可以降低相關(guān)凋亡蛋白的表達,促進抑制凋亡的蛋白表達,實現(xiàn)抑制腦神經(jīng)細胞的凋亡,保護神經(jīng)細胞的作用。
炎癥反應時影響PD的重要參數(shù)之一,其中TNF-α是一種多功能的調(diào)控炎癥因子,其可以通過直接或間接的形式加速脂質(zhì)對血管的穿透作用,促進脂紋和斑塊的形成[14];iNOS的高表達,降低血管的收縮能力,會引起腦血管狹窄導致供血不足影響神經(jīng)細胞功能;IL-10是抑炎癥因子,升高其含量水平可以有效抑制炎癥反應,緩解炎癥帶來的損傷[15]。氧化應激也是加重PD癥狀的重要因素之一??寡趸w系主要包括酶系和非酶系兩大類,酶系中,最主要的是SOD,其含量多少可以直接反應氧化應激的程度[16]。同時MAD含量增加,并且會使得患者機體的抗氧化能力減弱,導致腦細胞和線粒體膜受損,引起血清丙氨酸轉(zhuǎn)氨酶升高,同時也會使得腦組織游離脂肪酸水平明顯升高,誘發(fā)細胞功能障礙。本研究發(fā)現(xiàn)相比模型組,圣草次苷中劑量組和圣草次苷高劑量組TNF-α、IL-6、iNOS、MDA、LDH、GSH水平顯著降低,IL-10、SOD水平顯著升高,圣草次苷低劑量組均無顯著變化。說明使用圣草次苷可以有效降低PD小鼠氧化應激同時降低炎癥反應,但當劑量低于16 mg/(kg·d)時無顯著效果。鮑琛等[17]研究表明:降低氧化應激反應和炎癥反應可以有效治療PD,與本研究得出的結(jié)論一致。
Nrf2/HO-1抗氧化反應元件通路是一種可以發(fā)揮內(nèi)源性抗氧化作用來拮抗氧化應激損傷[18]。在PD 患者黑質(zhì)多巴胺神經(jīng)元中Nrf2 多數(shù)已經(jīng)核轉(zhuǎn)位至細胞核內(nèi),表達Nrf2可以減輕6-OHDA 對多巴胺神經(jīng)元損傷保護神經(jīng)細胞,本研究發(fā)現(xiàn),相比模型組,使用圣草次苷處理各組小鼠腦組織Nrf2、HO-1、NQO1蛋白表達水平顯著升高。說明圣草次苷可以激活Nrf2/HO-1通路,促進HO-1、NQO1蛋白表達和多巴胺競爭多巴胺轉(zhuǎn)運體進入紋狀體-黑質(zhì)多巴胺能神經(jīng)元,發(fā)生氧化應激反應增強細胞解毒進程和抗氧化能力。趙貝貝等[19]研究表明:激活Nrf2/HO-1可以增強小鼠的抗氧化能力治療PD,與本研究得出的結(jié)論相一致。
綜上所述,圣草次苷可以通過抑制氧化應激、炎癥反應,神經(jīng)細胞的凋亡并激活Nrf2/HO-1信號通路緩解MPTP誘導的慢性PD。但本次實驗所涉及的樣本量較少,在后續(xù)實驗中將進一步擴大樣本量進行分析。