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sigma-1受體缺失對(duì)多巴胺神經(jīng)元的影響及其機(jī)制研究

發(fā)布時(shí)間:2018-01-10 03:06

  本文關(guān)鍵詞:sigma-1受體缺失對(duì)多巴胺神經(jīng)元的影響及其機(jī)制研究 出處:《南京醫(yī)科大學(xué)》2017年博士論文 論文類(lèi)型:學(xué)位論文


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【摘要】:sigma-1受體(σ_1R)是含有223個(gè)氨基酸殘基的G蛋白偶聯(lián)受體,在海馬錐體神經(jīng)元、黑質(zhì)多巴胺神經(jīng)元和膠質(zhì)細(xì)胞選擇性高表達(dá)。胞膜σ_1R激活能促進(jìn)N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受體的鈣離子內(nèi)流,增加谷氨酸和多巴胺的釋放。定位于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的σiR參與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)向線粒體的鈣信號(hào)傳遞和鈣平衡的維持。帕金森病(Parkinson's disease,PD)是以靜止性震顫、隨意運(yùn)動(dòng)遲緩等運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)障礙為臨床癥狀的神經(jīng)退行性疾病。PD的主要病理特征是黑質(zhì)致密部(Substantia nigra pars compacta,SNpc)多巴胺神經(jīng)元丟失和Lewy小體形成。σ_1R密度在PD患者黑質(zhì)-紋狀體區(qū)域低于正常人。σ_1R基因敲除(σ_1R-/-)小鼠出現(xiàn)年齡相關(guān)的運(yùn)動(dòng)功能損害。雖然σ_1R-/-小鼠發(fā)生脊髓αα運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元死亡,但是σ_1R缺失是否影響黑質(zhì)的多巴胺神經(jīng)元迄今還未見(jiàn)有報(bào)道。α-synuclein(αSyn)的聚集體和纖維化是Lewy小體形成的主要病理機(jī)制。阻斷σ_1R通過(guò)擾亂內(nèi)質(zhì)網(wǎng)-線粒體間的鈣平衡,誘導(dǎo)蛋白酶體活性降低和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激可以促進(jìn)αSyn的聚集體和磷酸化。此外,σ_1R活化能減少細(xì)胞膜脂筏中神經(jīng)節(jié)苷脂GM1組分。GM1與αSyn結(jié)合能促進(jìn)αSyn的聚集體和纖維化形成。以上研究報(bào)道提示,σ_1R缺失可能會(huì)影響多巴胺神經(jīng)元的αSyn聚集和磷酸化。因?yàn)棣罶yn聚集、纖維化和磷酸化都有一定的細(xì)胞毒性,是PD腦多巴胺神經(jīng)元丟失的重要病理機(jī)制。因此,本課題將研究σ_1R-/-小鼠的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)障礙是否與黑質(zhì)區(qū)αSyn聚集體形成和磷酸化,及其造成的多巴胺神經(jīng)元損害有關(guān)。星形膠質(zhì)細(xì)胞表達(dá)σ_1R。PD腦有大量活化的星形膠質(zhì)細(xì)胞、小膠質(zhì)細(xì)胞和神經(jīng)炎性因子水平的增加。神經(jīng)毒素MPTP或6-羥基多巴引起多巴胺神經(jīng)元死亡,同時(shí)也刺激星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞的活化,提示多巴胺神經(jīng)元損傷的炎癥病理機(jī)制。有研究報(bào)道,甲基苯丙胺處理星形膠質(zhì)細(xì)胞可通過(guò)活化σ_1R能提高ERK1/2磷酸化和CREB轉(zhuǎn)錄水平,進(jìn)而促進(jìn)GFAP的表達(dá)。此外,甲基苯丙胺通過(guò)上調(diào)多巴胺轉(zhuǎn)運(yùn)體(DAT)、囊泡單胺轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白2(VMAT2)或NMDA受體鈣離子內(nèi)流,促進(jìn)多巴胺釋放,發(fā)揮神經(jīng)毒性作用。阻斷σ_1R能抑制NMDA受體NR2B磷酸化,減少NMDA受體的鈣離子內(nèi)流。但是,PD腦σ_1R減少是否與黑質(zhì)的多巴胺神經(jīng)元丟失有關(guān)迄今沒(méi)有報(bào)道。研究目的1.明確σ_1R對(duì)多巴胺神經(jīng)元的影響及其分子機(jī)制。2.探討σ_1R缺失對(duì)MPTP誘導(dǎo)神經(jīng)毒性的作用及其調(diào)控機(jī)制。第一部分σ_1R對(duì)多巴胺神經(jīng)元的影響及其分子機(jī)制材料與方法1.用PCR方法鑒定σ_1R-/-小鼠。本研究使用3月齡、6月齡和9月齡的雄性σ_1R-/-小鼠和同窩野生型(WT)小鼠。2.用勻速和加速轉(zhuǎn)棒實(shí)驗(yàn)檢測(cè)小鼠的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)和平衡功能。3.用σ_1R和TH免疫組織染色,Hochest染色。SNpc的TH陽(yáng)性(TH+)細(xì)胞和Hochest陽(yáng)性(Hochest+)細(xì)胞計(jì)數(shù)。4.用免疫印記方法檢測(cè)黑質(zhì)區(qū)σσ_1R、可溶性及不可溶性的αSyn、磷酸化αSyn、磷酸化 eIF2a、CHOP。5.用熒光測(cè)定法分析黑質(zhì)區(qū)蛋白酶體活性。結(jié)果1.與同齡WT小鼠相比,6月齡和9月齡σ_1R-/-小鼠從勻速或加速轉(zhuǎn)棒上的掉落時(shí)間減少,而3月齡σ_1R-/-小鼠在轉(zhuǎn)棒上的停留時(shí)間沒(méi)有明顯差異——σ_1R缺失引起年齡相關(guān)的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)功能減退。2.WT小鼠SNpc多巴胺神經(jīng)元表達(dá)σ_1R。與同齡WT小鼠相比,6月齡和9月齡σ_1R-/-小鼠SNpc的TH+細(xì)胞數(shù)目減少和Hochest+細(xì)胞增多,而3月齡σ_1R-/-小鼠TH+細(xì)胞和Hochest+細(xì)胞數(shù)目沒(méi)有明顯改變——σ_1R缺失引起年齡相關(guān)的多巴胺神經(jīng)元死亡。3.6月齡和9月齡σ_1R-/-小鼠黑質(zhì)不可溶αSyn聚集體(70-100 kD)水平明顯增高,但是可溶αSyn單體(14 kD)沒(méi)有明顯變化。9月齡σ_1R-/-小鼠SNpc的多巴胺神經(jīng)元中αSyn纖維化水平明顯增加——σ_1R缺失引起年齡相關(guān)的αSyn聚集和纖維化。4.6月齡和9月齡σ11R-/-小鼠黑質(zhì)的αSyn單體(14 kD)和聚集體(100 kD)磷酸化水平明顯增加,伴有蛋白酶體活性的降低—σ_1R缺失增強(qiáng)αSyn磷酸化,降低蛋白酶體活性。5.與WT小鼠相比,6月齡和9月齡σ_1R-/-小鼠黑質(zhì)的磷酸化eIF2a和CHOP蛋白水平明顯增加,而3月齡σ_1R-/-小鼠沒(méi)有明顯改變——σ_1R缺失引起黑質(zhì)神經(jīng)元的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激。6.在5月齡或8月齡σ_1R-/-鼠,GM1結(jié)合劑利福平(Rif)處理(30天)能部分減少αSyn聚集,但不影響αSyn磷酸化和蛋白酶體活性。在5月齡σ_1R-/-小鼠,內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激抑制劑salubrinal處理(30天)能抑制αSyn聚集和磷酸化,并提高蛋白酶體活性。在8月齡σ_1R-/-小鼠,salubrinal處理能抑制αSyn磷酸化,但是對(duì)αSyn聚集沒(méi)有明顯作用——σ_1R缺失→內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激→降低蛋白酶體活性→增加αSyn磷酸化→促進(jìn)αSyn聚集;σ_1R缺失→增加脂筏GM1組分→易化αSyn聚集和纖維化。7.在5月齡或8月齡σ_1R-/-鼠,salubrinal處理(30天)能減少多巴胺神經(jīng)元丟失,并緩解運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)功能障礙。在8月齡σ_1R-/-小鼠,Rif處理(30天)能部分阻止多巴胺神經(jīng)元丟失和運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)功能損害——σ_1R缺失通過(guò)增加αSyn聚集和磷酸化引起多巴胺神經(jīng)元毒性。小結(jié)σ_1R缺失引起年齡相關(guān)的αSyn聚集和磷酸化增加,引起進(jìn)行性多巴胺神經(jīng)元死亡,導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)和平衡功能障礙(小結(jié)圖)。第二部分σ_1R缺失對(duì)MPTP誘導(dǎo)神經(jīng)毒性的作用及其調(diào)控機(jī)制材料與方法1.用PCR方法鑒定σ_1R基因敲除雜合子(σ_1R+/-)和純合子(σ_1R-/-)小鼠。第一部分的研究已確定3月齡σ_1R-/-小鼠沒(méi)有發(fā)生運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)障礙、多巴胺神經(jīng)元死亡、αSyn聚集和磷酸化,因此第二部分研究將采用3月齡σ_1R+/-小鼠和σ_1R-/-小鼠。2.整體試驗(yàn):MPTP(20 mg/kg)連續(xù)5周進(jìn)行皮下注射制備PD模型。離體試驗(yàn):MPP+(500 μM)處理原代培養(yǎng)星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞。3.行為學(xué)檢測(cè):用平衡木實(shí)驗(yàn)和轉(zhuǎn)棒實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)平衡和協(xié)調(diào)功能。4.TH、GFAP、Iba1免疫組織染色和Hochest染色。進(jìn)行SNpc的TH+細(xì)胞、Hochest+細(xì)胞、GFAP+細(xì)胞和Iba1+細(xì)胞計(jì)數(shù)。5.用酶聯(lián)免疫分析法(ELISA)檢測(cè)黑質(zhì)和培養(yǎng)細(xì)胞上清IL-6、IL-1β、TNF-α水平。6.用蛋白免疫印記方法檢測(cè)小鼠黑質(zhì)腦區(qū)或培養(yǎng)細(xì)胞的DAT、VAMT2、GFAP、Iba1蛋白水平,ERK1/2和NR2B磷酸化水平。結(jié)果1.在MPTP末次給藥的第5天后,MPTP處理的WT小鼠(MPTP小鼠)穿越平衡木時(shí)間比WT小鼠延長(zhǎng),從轉(zhuǎn)棒上掉落時(shí)間明顯縮短。與WT小鼠或σ_1R-/-小鼠相比,MPTP處理的σ_1R-/-小鼠(MPTP-σ_1R-/-小鼠)或σ_1R+/-小鼠(MPTP-σ_1R+/-小鼠)無(wú)論穿越平衡木的時(shí)間或者轉(zhuǎn)棒的掉落時(shí)間并沒(méi)有顯著差異。用σ_1R阻斷劑NE100連續(xù)6周處理能改善MPTP小鼠的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)和平衡功能。用σ_1R激動(dòng)劑PRE084處理能使得MPTP-σ_1R+/-小鼠發(fā)生運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)和平衡障礙——σ_1R缺失可以緩解MPTP引起的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)和平衡障礙。2.與WT小鼠相比,MPTP小鼠SNpc的TH+細(xì)胞減少和Hochest+細(xì)胞增多,但是MPTP-σ_1R-/-小鼠沒(méi)有發(fā)生SNpc的TH+細(xì)胞減少和Hochest+細(xì)胞增加。與運(yùn)動(dòng)行為的結(jié)果相似,σ_1R阻斷劑NE100能阻止MPTP小鼠TH+細(xì)胞減少,σiR激動(dòng)劑PRE084引起MPTP-σ_1R+/-鼠發(fā)生TH+細(xì)胞丟失——σ_1R缺失對(duì)MPTP引起多巴胺神經(jīng)元死亡有拮抗作用。3.WT小鼠SNpc的GFAP+4細(xì)胞表達(dá)σ_1R,而Iba1+細(xì)胞不表達(dá)。與WT小鼠相比,σ_1R-/-小鼠GFAP+細(xì)胞和Iba1+細(xì)胞形態(tài)和數(shù)量都沒(méi)有明顯的變化。與WT小鼠相比,MPTP小鼠和MPTP-σ_1R-/-小鼠SNpc的Iba1+細(xì)胞均增加大約30-40%。在MPTP小鼠,GFAP+細(xì)胞顯示突起數(shù)量增多和變粗,細(xì)胞數(shù)量比WT小鼠增加2倍以上。在MPTP-σ_1R-/-小鼠,GFAP+細(xì)胞僅增加了 20%。σσiR阻斷劑NE100能阻止MPTP-小鼠GFAP+細(xì)胞增加——σ_1R缺失能抑制MPTP刺激星形膠質(zhì)細(xì)胞活化。4.在體外星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞試驗(yàn)中,MPP+處理能增加星形膠質(zhì)細(xì)胞GFAP表達(dá)和小膠質(zhì)細(xì)胞的Iba1表達(dá)。MPP+處理星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞培育液上清中IL-6、IL-1β、TNF-α濃度也都明顯增加。NE100能阻止MPP+促進(jìn)星形膠質(zhì)細(xì)胞的GFAP表達(dá)和釋放炎性因子,但是對(duì)MPP+增加小膠質(zhì)細(xì)胞的Iba1表達(dá)和炎性因子釋放沒(méi)有作用——阻斷σ_1R能抑制MPP+刺激星形膠質(zhì)細(xì)胞活化。5.在培養(yǎng)的星形膠質(zhì)細(xì)胞,NE100處理能阻止MPP+增加ERK1/2的磷酸化水平。MEK抑制劑U0126能顯著地抑制MPP+促進(jìn)IL-6、IL-1β、TNF-α釋放。在培養(yǎng)的小膠質(zhì)細(xì)胞,NE100不影響MPP+增加ERK1/2的磷酸化。NE100和U0126對(duì)MPP+促進(jìn)Iba1表達(dá)和IL-6、IL-1β、TNF-α釋放沒(méi)有明顯的作用。6.與WT小鼠相比,σ_1R-/-小鼠黑質(zhì)的NR2B磷酸化水平明顯減少,MPTP小鼠NR2B磷酸化水平增加,MPTP-σ_1R-/-小鼠NR2B磷酸化水平增加不明顯。NMDA受體激動(dòng)劑NMDA能引起MPTP-σ_1R-/-小鼠TH+細(xì)胞缺失,而NR2B阻斷劑Rσ25-6981能減少M(fèi)PTP小鼠的TH+細(xì)胞缺失——σ_1R缺失通過(guò)降低黑質(zhì)區(qū)NR2B磷酸化水平,阻止MPTP誘導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞死亡。。7.與WT小鼠相比,σ_1R-/-小鼠黑質(zhì)的DAT表達(dá)水平降低。NMDA能提高σ_1R-/-小鼠黑質(zhì)的DAT表達(dá)。MPTP小鼠DAT表達(dá)明顯減少。MPTP-σnR-/-小鼠DAT表達(dá)水平與σ_1R-/-小鼠相比沒(méi)有明顯的差異——σ_1R缺失引起DAT低表達(dá)能減少神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)MPP+,以阻止MPTP誘導(dǎo)神經(jīng)細(xì)胞死亡。8.與WT小鼠相比,σ_1R-/-小鼠黑質(zhì)的VMAT2表達(dá)水平?jīng)]有改變。NE100能阻止MPTP-WT小鼠的VMAT2蛋白水平明顯降低,提示多巴胺神經(jīng)細(xì)胞死亡導(dǎo)致VMAT2減少。小結(jié)σ_1R缺失通過(guò)抑制MPTP刺激星形膠質(zhì)細(xì)胞活化或DAT表達(dá),減少多巴胺神經(jīng)元死亡和運(yùn)動(dòng)功能損傷(小結(jié)圖)。總結(jié)和臨床意義本研究的結(jié)果提示在PD患者早期黑質(zhì)-紋狀體σ_1R的減少或功能降低通過(guò)抑制神經(jīng)炎癥和神經(jīng)興奮毒性能減少多巴胺神經(jīng)元死亡,而在PD患者中晚期σ_1R減少能促進(jìn)αSyn聚集和磷酸化,增加多巴胺神經(jīng)元死亡。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】:南京醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:博士
【學(xué)位授予年份】:2017
【分類(lèi)號(hào)】:R742.5

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本文編號(hào):1403583

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