魏海軍 肖凡
[摘要] 目的 探討B(tài)DNF 受體酪氨酸蛋白激酶B(TrkB)通路對硫化氫(H2S)減輕同型半胱氨酸(Hcy)誘導大鼠海馬神經(jīng)元凋亡的影響。 方法 將雄性SD大鼠隨機分為六組,分別為對照組、損傷組(Hcy,0.6 μmol)、損傷+保護組[Hcy(0.6 μmol)+NaHS(100 μmol/kg)]、對照+保護組[正常+NaHS(100 μmol/kg)]及抑制保護組[Hcy(0.6 μmol)+NaHS(100 μmol/kg)+BDNF/TrkB的特異性抑制劑K252a(1 μg/d)]、對照+抑制組(正常+K252a 1 μg/d),每組8只;Tunel染色法分析大鼠海馬CA1區(qū)神經(jīng)元的凋亡情況,蛋白質(zhì)印跡法(Western blot)分析Caspase-3、Bcl-2在海馬中的表達。 結(jié)果 與損傷組比較,損傷+保護組大鼠海馬CA1區(qū)神經(jīng)元著色細胞數(shù)減少,著色變淺,凋亡百分率明顯降低(P<0.01),并且Caspase-3蛋白相對表達量明顯降低,而Bcl-2蛋白相對表達量升高(P<0.01);與損傷+保護組比較,抑制保護組大鼠海馬CA1區(qū)神經(jīng)細胞凋亡率明顯增高(P<0.01),Caspase-3蛋白相對表達水平升高,而Bcl-2蛋白相對表達水平降低(P<0.01)。 結(jié)論 BDNF/TrkB通路參與硫化氫減輕同型半胱氨酸誘導的大鼠海馬神經(jīng)元凋亡。
[關鍵詞] BDNF/TrkB通路;硫化氫;同型半胱氨酸;海馬神經(jīng)元凋亡
[中圖分類號] R743.3? ? ? ? ? [文獻標識碼] A? ? ? ? ? [文章編號] 1673-9701(2022)02-0034-03
Effect of BDNF/TrkB pathway on hydrogen sulfide attenuating homocysteine-induced apoptosis of hippocampal neurons in rats
WEI Haijun1? ?XIAO Fan2
1.School of Medicine, Hunan Polytechnic of Environment and Biology, Hengyang? ?421005, China; 2.Clinical Research Institute, Affiliated Nanhua Hospital, University of South China, Hengyang? ?421001, China
[Abstract] Objective To explore the effect of brain-derived neurotrophic factor (BDNF) receptor/tyrosine kinase receptor B (TrkB) pathway on hydrogen sulfide (H2S) attenuating homocysteine (Hcy)-induced apoptosis of hippocampal neurons in rats. Methods Male SD rats were randomly divided into 6 groups, namely, the control group, the injury group (Hcy, 0.6 μmol), the injury+protection group (Hcy [0.6 μmol]+NaHS [100 μmol/kg]), the control+protection group (normal+NaHS [100 μmol/kg]) and the inhibition+protection group (Hcy [0.6 μmol]+NaHS [100 μmol/kg]+specific inhibitor of BDNF/TrkB [K252a (1 μg/d]), the control+inhibition group (normal+K252a [1 μg/d]), with 8 rats in each group. Apoptosis of hippocampus neurons in CA1 region of rats was analyzed by Tunel staining, and the expressions of Caspase-3 and Bcl-2 in the hippocampus was analyzed by protein blotting (Western blot). Results Compared with the injury group, the number of stained neurons in the CA1 region of hippocampus in the injury+protection group decreased with lighter coloration, and the apoptosis rate was significantly lower(P<0.01). Meanwhile, the relative expression of Caspase-3 protein significantly decreased while that of Bcl-2 protein elevated(P<0.01). Compared with the injury+protection group, the rate of apoptosis in the CA1 region of hippocampus in the inhibition+protection group was significantly higher(P<0.01).Meanwhile,the relative expression of Caspase-3 protein elevated while that of Bcl-2 protein decreased(P<0.01). Conclusion BDNF/TrkB pathway is involved in H2S attenuating homocysteine-induced apoptosis in rat hippocampal neurons.
[Key words] Brain-derived neurotrophic factor/tyrosine kinase receptor B pathway; Hydrogen sulfide; Homocysteine; Apoptosis of hippocampal neurons
同型半胱氨酸(homocysteine,Hcy)在腦內(nèi)的累積會易化應激認知功能障礙,成為神經(jīng)系統(tǒng)疾病的一種危險因素,尤其與老年癡呆的發(fā)生發(fā)展密切相關[1]。因此,有關Hcy損傷神經(jīng)系統(tǒng)的機制及其預防、治療具有重要研究價值。而硫化氫(hydrogen sulfide,H2S)在神經(jīng)保護方面發(fā)揮重要作用,尤其是在阿爾茨海默?。ˋzheimer′s disease,AD)中起到保護作用,其機制包括抗氧化、抗凋亡等[2]。腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(brain-derived neurotrophic factor,BDNF)是神經(jīng)系統(tǒng)中的重要神經(jīng)營養(yǎng)因子,并且在硫化氫的神經(jīng)保護作用中發(fā)揮重要作用,本研究將從BDNF受體酪氨酸蛋白激酶B(TrkB)通路的新角度,采取Tunel染色法、Western blot的方法,分析H2S對Hcy損傷神經(jīng)元后引起的神經(jīng)元凋亡率、Caspase-3、Bcl-2蛋白表達的影響,探討H2S減輕同型半胱氨酸導致的海馬神經(jīng)元凋亡是否與BDNF/TrkB通路有關,現(xiàn)報道如下。
1 材料與方法
1.1 材料來源
1.1.1 實驗動物? 雄性SD大鼠(260~300 g),由長沙斯萊克景達實驗動物有限公司提供。實驗過程都遵守國家頒布的《實驗動物管理條例》的規(guī)定,且獲得本單位醫(yī)學實驗動物倫理委員會的批準。動物許可證號:SYXK(湘)2015-0001,及試驗場所為南華大學。
1.1.2 試劑? NaHS和Hcy由Sigma公司提供;兔抗Caspae-3、鼠抗Bcl-2由單抗武漢博士德公司提供。
1.2 方法
1.2.1 動物分組? 將雄性SD大鼠隨機分為6組,分別是對照組、損傷組(Hcy,0.6 μmol)、損傷+保護組[(Hcy(0.6 μmol)+NaHS(100 μmol/kg)]、對照+保護組[(正常+NaHS(100 μmol/kg)]及抑制保護組[Hcy(0.6 μmol)+NaHS(100 μmol/kg)+BDNF受體酪氨酸蛋白激酶B(TrkB)的特異性抑制劑K252a(1 μg/d)]、對照+抑制組[正常+K252a(1 μg/d)],每組各8只。
1.2.2 給藥方法? 對照組側(cè)腦室注射等體積生理鹽水7 d;損傷組側(cè)腦室注射0.6 μmol的Hcy 7 d;損傷+保護組進行腹腔注射NaHS[100 μmol/(kg·d)]2 d后,再同時進行側(cè)腦室注射Hcy(0.6 μmol/d)7 d;對照+保護組進行腹腔注射NaHS[100 μmol/(kg·d)]2 d后,再同時進行側(cè)腦室注射等體積的生理鹽水7 d;抑制保護組進行側(cè)腦室注射K252a(1 μg/d)2 d后及腹腔注射NaHS[100 μmol/(kg·d)]2 d后,再同時進行側(cè)腦室注射 Hcy(0.6 μmol/d)7 d。
1.2.3 Western blot測定海馬Caspase-3、Bcl-2蛋白表達水平? 在冰上將RIPA裂解液加入海馬組織中進行研磨及高速離心10 min后,收集海馬組織勻漿上清液進行測定各樣本蛋白濃度(BCA法),再進行電泳、轉(zhuǎn)印,轉(zhuǎn)印后將PVDF膜放入TTBS緩沖液中(搖動5 min),再將其取出放入脫脂奶粉中(搖動1 h)后,加入一抗孵育(4℃封閉過夜),再加入二抗孵育(37℃震蕩1 h),最后進行顯影成像并采用AlphEase FC軟件分析Caspase-3、Bcl-2條帶灰度值。
1.2.4 石蠟切片Tunel染色分析大鼠海馬神經(jīng)元的凋亡? 將大鼠海馬組織進行切片脫蠟、水合、蛋白酶K消化(30 min),加入Tunel反應液(60 min),DAB顯色(10 min),蘇木素復染(3 s),溫水返藍(10 min)后,進行脫水、透明、封片,綠光源熒光顯微鏡分析并拍照。首先鏡下定位海馬CA1區(qū)(100×),再觀察取圖(200×),Tunel陽性細胞核為棕黃色,Tunel陰性細胞核為藍色,采用Image ProPlus 6.0對Tunel陽性細胞計數(shù)。
1.3 觀察指標及評價標準
通過檢測各組大鼠海馬 CA1 區(qū)神經(jīng)元的凋亡陽性率(細胞內(nèi)有棕黃色細膩顆粒彌漫或棕黃色粗顆粒分布者為陽性細胞)及凋亡相關蛋白Caspase-3、Bcl-2的表達。神經(jīng)元的凋亡陽性率越高,Caspase-3表達上調(diào)及Bcl-2表達下調(diào)代表神經(jīng)元凋亡程度越嚴重[3]。
1.4 統(tǒng)計學方法
采用SPSS 20.0統(tǒng)計學軟件進行分析,計量資料用均數(shù)±標準差(x±s)表示,采用LSD-t檢驗分析進行兩兩比較,而隨機成組設計使用單因素方差分析。P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。
2 結(jié)果
2.1 H2S可拮抗Hcy導致的大鼠海馬CA1區(qū)神經(jīng)元凋亡
實驗表明,與損傷組比較,損傷+保護組大鼠海馬CA1區(qū)神經(jīng)元著色細胞數(shù)減少,著色變淺,凋亡百分率明顯降低(P<0.01)。見表1、封三圖5。并且Caspase-3蛋白相對表達量明顯降低,而Bcl-2蛋白相對表達量升高(P<0.01)。見表1。提示H2S 可拮抗 Hcy 導致的大鼠海馬CA1區(qū)神經(jīng)元凋亡。
2.2 K252a 可抑制 H2S 對 Hcy導致的大鼠海馬神經(jīng)元凋亡的拮抗作用
實驗表明,與損傷+保護組比較,抑制保護組大鼠海馬CA1區(qū)神經(jīng)細胞凋亡率明顯增高(P<0.01)。見表2、封三圖6。Caspase-3蛋白相對表達水平升高而Bcl-2蛋白相對表達水平降低(P<0.01)。見表2。提示硫化氫減輕同型半胱氨酸誘導的大鼠海馬神經(jīng)元凋亡與BDNF/TrkB通路有關。
3 討論
同型半胱氨酸是甲硫氨酸代謝出現(xiàn)的一種含硫氨基酸,其生存和清除在人體內(nèi)會保持一個動態(tài)平衡的過程。同型半胱氨酸上升是心腦血管疾病發(fā)展的關鍵危險因素,也有數(shù)據(jù)認為同型半胱氨酸的上升,可能造成患者認知功能障礙。研究發(fā)現(xiàn),老年癡呆患者同型半胱氨酸水平高于健康體檢人員,H2S水平低于健康人群,且與病情嚴重程度具有密切關聯(lián)[4]。本研究通過對SD雄性大鼠進行側(cè)腦室注射Hcy以建立Hcy神經(jīng)毒性動物模型,實驗結(jié)果顯示,與對照組比較,損傷組大鼠海馬CA1區(qū)神經(jīng)細胞核呈棕黃色,且著色細胞數(shù)多,著色深,凋亡率明顯升高,Caspase-3蛋白相對表達水平增加而Bcl-2蛋白相對表達水平降低;表明Hcy可引起大鼠海馬神經(jīng)元的凋亡,這也進一步證實了Hcy的神經(jīng)危害。
在一氧化氮(nitrogen monoxide,NO)、一氧化碳(carbon monoxide,CO)被發(fā)現(xiàn)之后,H2S也被發(fā)現(xiàn)是一種內(nèi)源性氣體分子,具備神經(jīng)保護的特性[5-7],它在霍奇金病(Hodgkin disease,HD)、阿爾茨海默?。ˋlzheimer′s disease,AD)、肌萎縮側(cè)索硬化(amyotrophiclateralsclerosis,ALS)、帕金森?。≒arkinson′s disease,PD)、腦缺血、熱性驚厥(febrileseizure,F(xiàn)S)等神經(jīng)系統(tǒng)疾病中起到重要作用[8]。細胞凋亡其實是一種細胞主動自毀過程,它受到基因的調(diào)控。其中Caspase-3是一種加速凋亡的基因,它在正常大腦發(fā)育及細胞的凋亡中起著很大作用,生理條件下的Caspase-3是沒有活性的,但是當它接收到凋亡信號刺激后就會被活化,進一步導致DNA裂解,從而引發(fā)細胞凋亡[9]。Bcl-2是阻礙凋亡的基因,Bcl-2蛋白水平增高時可抑制因氧自由基導致的細胞凋亡[10]。本研究結(jié)果顯示,與損傷組比較,損傷+保護組大鼠海馬CA1區(qū)神經(jīng)元著色細胞數(shù)減少,著色變淺,凋亡百分率明顯降低,并且Caspase-3蛋白相對表達量明顯降低而Bcl-2蛋白相對表達量升高;提示H2S可拮抗 Hcy導致的大鼠海馬CA1區(qū)神經(jīng)元凋亡。李國風等[3]研究指出,H2S可顯著抑制局灶性腦缺血損傷導致的神經(jīng)元凋亡,表明H2S在抗神經(jīng)元凋亡方面起著重要作用,但是其機制需進一步深入挖掘和研究。
BDNF是一種神經(jīng)保護因子[11-13],它主要分布于中樞神經(jīng)系統(tǒng)、外周神經(jīng)系統(tǒng)中,其作用體現(xiàn)為具有神經(jīng)修復、神經(jīng)再生的特性[14]。BDNF及BDNF/TrkB通路在神經(jīng)系統(tǒng)疾病的研究中受到廣泛的關注。TrkB是神經(jīng)營養(yǎng)蛋白酪氨酸激酶受體家族的一員,其在學習記憶中發(fā)揮著重要作用[15]。本研究結(jié)果顯示,與損傷+保護組比較,抑制保護組大鼠海馬CA1區(qū)神經(jīng)細胞凋亡率明顯增高,Caspase-3蛋白相對表達水平升高而Bcl-2蛋白相對表達水平降低;提示硫化氫減輕同型半胱氨酸誘導的大鼠海馬神經(jīng)元凋亡與BDNF/TrkB通路有關。
綜上所述,本文為H2S拮抗Hcy神經(jīng)細胞凋亡的研究提供了理論基礎,但是還需要在未來的研究中更加深入地進行探索。
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(收稿日期:2021-06-08)
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