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敲除TRPC6對MPTP誘導小鼠神經炎性損傷的影響

2017-12-21 06:39:42王淑貞鐘耀藝范偉偉林庚海
中國比較醫學雜志 2017年12期
關鍵詞:小鼠模型

王淑貞,尹 紅,鐘耀藝,范偉偉,林庚海*

(1.漳州衛生職業學院,福建 漳州 363000; 2.廈門大學附屬東南醫院(福建省漳州中國人民解放軍第175醫院), 福建 漳州 363000)

敲除TRPC6對MPTP誘導小鼠神經炎性損傷的影響

王淑貞1,尹 紅1,鐘耀藝2,范偉偉2,林庚海2*

(1.漳州衛生職業學院,福建 漳州 363000; 2.廈門大學附屬東南醫院(福建省漳州中國人民解放軍第175醫院), 福建 漳州 363000)

研究報告

目的在小鼠MPTP(1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine)誘導的神經炎癥模型中檢測小膠質細胞的TRPC6通道的表達,并探究TRPC6通道對于炎癥表達和多巴胺能神經元損傷的影響。方法在MPTP注射的小鼠中,用標記CD11b的磁珠分選出黑質區域的小膠質細胞,并通過蛋白質免疫印跡的方法檢測TRPC6的表達。在構建CD11b-TRPC6-/-小鼠后,通過免疫熒光的方法檢測MPTP誘導的小膠質細胞的增殖以及多巴胺能神經元的損傷。同時結合蛋白質免疫印跡和實時熒光定量PCR的方法,在MPTP模型中檢測TRPC6敲除后cryαB蛋白水平和炎癥因子表達。結果在MPTP注射的小鼠中,小膠質細胞中TRPC6通道的表達顯著上調。另外,在注射MPTP的CD11b-TRPC6-/-小鼠中,小膠質細胞中的cryαB蛋白水平被上調。同時,MPTP誘導的小膠質細胞的增殖以及炎癥因子表達增強被抑制,而多巴胺能神經元的損傷得到緩解。結論小膠質細胞中TRPC6通道表達在MPTP模型中上調,而TRPC6的敲除可增加小膠質細胞中cryαB蛋白水平,并降低炎癥因子的表達,從而減少多巴胺能神經元的損傷。

小膠質細胞;TRPC6通道;炎癥;MPTP;多巴胺能神經元;帕金森病

帕金森病(Parkinson’ s disease,PD)是僅次于阿爾茲海默癥(Alzheimer’ s disease,AD)的第二常見的神經退行性疾病,其主要病理學表現為PD患者黑質區域多巴胺能神經元(dopaminergic neuron)的退行性病變[1, 2]。另外,研究表明,在PD的發生發展過程中,患者腦部的炎癥反應逐漸增強[3, 4],而過度的炎癥表達會直接導致神經元的損傷[5-7],提示炎癥可能在PD的發病過程中扮演重要角色。

小膠質細胞(microglia)被報道是大腦內一類主要的免疫細胞,其主要負責感知外界的炎性刺激,啟動大腦內的免疫系統以及吞噬并清除外來侵入的病原體[8, 9]。在PD患者腦部以及小鼠的PD模型——1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine(MPTP)模型中,小膠質細胞也被大量激活,并促進黑質區域多巴胺能神經元的炎性損傷[10, 11]。因此,通過抑制小膠質細胞的炎癥反應,進而減少巴胺能神經元的死亡很有可能成為延緩PD病程發展的有效手段。但是,對于小膠質細胞在PD發展過程中被過度激活的機制仍在探索之中。

鈣離子是細胞內的第二信使,同時也對于小膠質細胞的激活和增殖也至關重要[12, 13]。作為瞬時受體電勢通道(transient receptor potential channel,TRPC)家族一員,TRPC3受到腦源性營養因子(brain derived neurotrophic factor,BDNF)的調控,可以在小膠質細胞中抑制一氧化氮的產生[14]。另外,在β淀粉樣蛋白誘導的AD細胞模型中,小膠質細胞中TRPC6被報道表達升高,并促進炎癥因子表達[15]。但是,對于TRPC通道是否參與PD發展過程中的炎癥調節目前還未研究透徹。

α晶狀蛋白B鏈(α-crystallin B chain,cryαB)是一類小熱休克蛋白。除了結合錯誤折疊蛋白防止其聚集外,cryαB還被報道具有炎癥調節的功能[16, 17]。在PD的小鼠模型中,cryαB可以在星形膠質細胞中介導多巴胺受體2(dopamine receptor D2)信號進而抑制炎癥的過度表達[6]。

在本研究中,我們在注射MPTP的小鼠中發現,小膠質細胞的TRPC6通道的表達顯著升高。而在小膠質細胞中特異敲除TRPC6之后,MPTP模型中小膠質細胞的cryαB蛋白水平被上調,同時小膠質細胞的增殖和炎癥因子的表達被顯著抑制,黑質區域多巴胺能神經元的損傷得到緩解。

1 材料和方法

1.1 實驗動物

CD11b-Cre轉基因小鼠(C57BL/6背景)購于European Mouse Mutant Archive(EMMA),TRPC6flox/flox小鼠(129/sv背景)購于美國Jackson Laboratory。野生型C57BL/6小鼠購于上海斯萊克實驗動物有限公司[SCXK(滬)2012-0002]。動物模型建立及相關實驗在中國人民解放軍第一七五醫院[SYXK(軍)2012-0054]開展。本研究中涉及的全部動物實驗均參考中國人民解放軍第一七五醫院動物管理委員會有關實驗動物使用的相關規定,并遵照實驗動物試驗3R原則給予人道關懷。

1.2 抗體和試劑

TRPC6抗體購于Alomone公司(貨號ACC-017);TRPC3抗體購于Alomone公司(貨號ACC-016);離子鈣結合銜接子分-1(ionized calcium-binding adapter molecule 1,Iba1)抗體購于Wako公司(貨號019-19741);六糖核苷酸結合蛋白-3(hexaribonucleotide binding protein-3/NeuN)抗體購于Abcam公司(貨號ab177487);膠質纖維酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein,GFAP)抗體購于Sigma公司(貨號G3893);酪氨酸羥化酶(tyrosine hydroxylase,TH)抗體購于Millipore公司(貨號MAB318);cryαB抗體購于Abgent公司(貨號ALS12840);分化分子簇-11b(cluster of differen-tiation molecule 11b,CD11b)抗體標記磁珠購于MiltenyiBiotec公司(貨號130-049-601);MPTP購于Sigma公司(貨號M0896);TRIzol購于Sigma公司(貨號T9424)。

1.3 實驗方法

1.3.1 CD11b-TRPC6-/-小鼠品系構建

通過將CD11b-Cre轉基因小鼠與TRPC6flox/flox小鼠交配獲得CD11b-TRPC6+/-F1代雜合小鼠(+,TRPC6野生型;-,TRPC6敲除)。再將CD11b-TRPC6+/-F1代與TRPC6flox/flox小鼠回交并篩選獲得CD11b-TRPC6-/-F2代純合子小鼠。而通過將CD11b-TRPC6-/-F2代與TRPC6flox/flox小鼠交配,則可穩定獲得CD11b-TRPC6-/-小鼠子代。

1.3.2 MPTP注射

待雄性CD11b-TRPC6-/-小鼠生長至8~10周(23~25 g)后,即可建立MPTP模型。MPTP(20 mg/kg)注射采用急性腹腔給藥的方式,模型中每只小鼠連續給予4次MPTP注射,每次間隔2 h。在MPTP模型建立后的第3天進行小膠質細胞的增殖及炎癥因子表達檢測,而多巴胺神經元損傷檢測于模型建立后的第7天。

1.3.3 免疫熒光

在MPTP模型建立后,使用戊巴比妥鈉麻醉小鼠。經過生理鹽水和4%的多聚甲醛灌流小鼠后,解剖出腦部,置于4%的多聚甲醛中過夜。第二天,更換30%的蔗糖溶液以脫去組織中的水分。待腦組織在蔗糖溶液中沉底后,進行冰凍切片(30 m)。腦片經0.01 mol/L的磷酸鹽緩沖生理鹽水 (phos-phate buffer saline,PBS)漂洗后,置于10%的牛血清白蛋白中室溫封閉1 h。在4℃孵育一抗過夜(抗體稀釋比例均為1∶1000)后,再使用PBS漂洗三次,并置于熒光二抗(稀釋比例均為1∶1000)中室溫孵育2 h。待PBS漂洗去非特異結合二抗后,置于顯微鏡下進行熒光檢測。

實驗中,將Iba1蛋白在黑質區域的平均熒光表達強度(mean fluorescence intensity,MFI)定義為小膠質細胞的增殖水平,并通過ImageJ軟件進行熒光定量分析。而黑質區域TH陽性表達細胞使用Image Pro Plus軟件進行計數。

1.3.4 小膠質細胞分選

在將小鼠進行二氧化碳安樂死后,在冰上快速解剖出小鼠的腹側中腦,并使用眼科剪將組織剪碎。在經過消化液(0.05%的膠原蛋白酶D+0.025 U/mL的DNA酶)室溫消化組織0.5 h后,500 r/min離心沉淀細胞。待PBS重懸細胞后,使用CD11b抗體標記的磁珠4℃孵育標記細胞1 h。經過分選器分選后,獲得CD11b陽性表達細胞。

1.3.5 蛋白免疫印跡

將分選的小膠質細胞置于蛋白裂解液(碧云天)裂解后,進行聚丙烯酰胺凝膠電泳分析。待將凝膠上蛋白4℃轉移至醋酸纖維膜上后,使用5%的脫脂牛奶室溫封閉0.5 h。在4℃孵育一抗過夜(NeuN、Iba1、GFAP和cryαB抗體稀釋比例均為1∶800,-actin抗體稀釋比例為1∶10000)后,進行PBS漂洗,并室溫孵育二抗(稀釋比例均為1∶5000)2 h。經過PBS再次漂洗三次后,滴加曝光液,置于成像儀中進行分析。

1.3.6 實時熒光定量PCR

樣品經過TRIzol提取總RNA后,通過反轉錄酶于42℃反轉獲得cDNA。腫瘤壞死因子-(tumor necrosis factor alpha,TNF-α)、白介素-1(interleukin-1,IL-1)、IL-6以及誘導型一氧化氮合成酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)的相對表達使用SYBR green法進行熒光實時定量。TNF-a的引物為:正向5′-CTACGAGACCAAGTGCAATCC-3′;反向5′-AATCGCCAGCCAATTCTCTTT-3′。IL-1b的引物為:正向5′-GTACATAAAATCTGGGGGTTCTGGG-3′;反向5′-AGTCTTAAAGCAAGGAACAACGTATTT-3′;IL-6的引物為:正向5′-CTACGAGACCAAGTGC AATCC-3′;反向5′-AATCGCCAGCCA ATTCTCTTT-3′。iNOS的引物為:正向5′-GTTCTCAGCCCAAC AATACAAGA-3′;反向5′-GTGGACGGGTCGATGTCA C-3′。bβ-actin的引物為:正向5′-CCTCGCCTTTG CCGATCCG-3′;反向5′-ATGCCGGAGCCGTTGTCG- 3′。

1.4 統計學方法

2 結果

2.1 小膠質細胞中TRPC6通道的表達在MPTP模型中顯著升高

為了探究TRPC通道在PD發展過程中的炎癥調節作用,我們首先在小鼠上建立了MPTP模型,并通過標記有CD11b抗體的磁珠將小膠質細胞從黑質區域分選出來。如圖1A顯示,CD11b磁珠分選出的細胞特異地表達小膠質細胞的標記蛋白—Iba1,而并不表達星形膠質細胞的標記蛋白—GFAP和神經元的的標記蛋白—NeuN。另外,通過蛋白質免疫印跡分析,我們發現在CD11b磁珠分選出的細胞中TRPC6的蛋白表達有顯著升高(圖1B-C),而TRPC家族的另一成員TRPC3的表達并不受到影響(圖1B和D)。這些提示MPTP可以特異地上調小膠質細胞的TRPC6通道的表達。

注:與生理鹽水組比,***P<0.001。圖1 MPTP注射對于小膠質細胞中TRPC6蛋白表達影響(n=6) Compared with the saline group,*** P<0.001.Fig.1 Effect of MPTP administration on the expression of TRPC6 in the microglia. Compared with the saline group,*** P<0.001.

2.2 小膠質細胞中特異敲除TRPC6抑制MPTP介導的小膠質細胞激活和炎癥因子表達

為了進一步研究小膠質細胞中TRPC6通道在MPTP模型中對炎癥的調控,我們通過將CD11b-Cre和TRPC6flox/flox的小鼠雜交,得到在小膠質細胞中TRPC6蛋白特異敲除的小鼠。炎癥因子TNF-、IL-1、IL-6以及氧化應激相關蛋白iNOS等被報道在MPTP介導的神經炎性損傷中扮演重要角色[6, 10,11]。我們發現,在CD11b-TRPC6-/-小鼠中,其這些炎癥因子表達并沒有發生改變(圖2D-F)。而在注射MPTP之后,其TNF-、IL-1、IL-6以及iNOS的mRNA水平相對于TRPC6flox/flox的小鼠被顯著下調(圖2D-F)。同時,免疫熒光的結果顯示,在小膠質細胞中敲除TRPC6通道后,MPTP注射引起的黑質區域Iba1陽性表達的小膠質細胞的增多也受到抑制(圖2 A和C)。

注:1:TRPC6flox/flox-生理鹽水組;2:CD11b-TRPC6-/--生理鹽水組;3:TRPC6flox/flox-MPTP組;4:CD11b-TRPC6-/--MPTP組。與TRPC6flox/flox-生理鹽水組相比,* P<0.05,** P<0.01,***P<0.001;與TRPC6flox/flox-MPTP組相比,##P<0.01,###P<0.001;虛線框里顯示黑質區域Iba1陽性表達細胞。圖2 小膠質細胞中TRPC6蛋白敲除對于MPTP介導cryαB蛋白表達、 小膠質細胞增殖以及炎癥因子產生的影響(n=5, Bar=250 μm)Note.1: TRPC6flox/flox-saline group. 2: CD11b-TRPC6-/--saline group. 3: TRPC6flox/flox-MPTP group. 4: CD11b-TRPC6-/--MPTP group in Fig. 2B. Compared with the TRPC6flox/flox-saline group,* P<0.05,** P<0.01,***P<0.001. Compared with the TRPC6flox/flox-MPTP group,##P<0.01,###P<0.001. Dashed boxes indicate Iba1-positive cells in substantia nigra.Fig.2 Effect of TRPC6 knock-out in microglia on the MPTP-induced cryαB expression, microglia proliferation and cytokine production

2.3 小膠質細胞中特異敲除TRPC6導致cryαB蛋白水平被上調

由于膠質細胞中的cryαB蛋白被報道具有抑制炎癥作用[16, 17],我們接下來檢測了cryαB在TRPC6flox/flox和的CD11b-TRPC6-/-小鼠表達。在注射MPTP之后,相對于TRPC6flox/flox小鼠,cryαB蛋白在CD11b-TRPC6-/-小鼠的小膠質細胞中表達被顯著上調(圖2B和D),提示cryαB可能在TRPC6通道下游發揮炎癥調節功能。

2.4 小膠質細胞中特異敲除TRPC6減少MPTP介導的多巴胺能神經元損傷

為了探究TRPC6通道調控小膠質細胞炎癥表達的病理意義,我們通過染色多巴胺能神經元的標記蛋白—TH來測定MPTP 注射小鼠中多巴胺能神經元的存活數量。結果顯示,在注射MPTP后的第7天,黑質區域的TH陽性表達神經元數目顯著減少(圖3A-B)。而在小膠質細胞中敲除TRPC6通道后,MPTP注射引起的TH陽性表達神經元損傷被部分抑制(圖3A-B)。

注:與TRPC6flox/flox-生理鹽水組相比,* P<0.05,***P<0.001;與TRPC6flox/flox-MPTP組相比,#P<0.05。圖3 小膠質細胞中TRPC6蛋白敲除對于MPTP介導多巴胺能神經元損傷的影響(n=6,Bar=250 μm)Note.Compared with the TRPC6flox/flox-saline group,* P<0.05,***P<0.001. Compared with the TRPC6flox/flox-MPTP group,#P<0.05.Fig.3 Effect of TRPC6 knock-out in the microglia on MPTP-induced dopaminergic neuron damages

3 討論

在PD的發生發展過程中,伴隨著大腦內炎癥反應的增強,提示炎癥很可能參與了患者黑質區域多巴胺能神經元的損傷,進而促進病情的發展。另外,鈣離子信號的傳導對于小膠質細胞發揮正常功能至關重要,而其中TRPC6調節的鈣信號在小膠質細胞的炎癥調節過程中扮演重要角色。因此,探究TRPC通道是否參與PD發展過程中的炎癥調節作用,進而影響神經元的存活,對于理解PD的發病機制以及臨床干預PD的發展進程具有重要意義。

在本次實驗中,我們發現小膠質細胞中的TRPC6通道在小鼠MPTP模型中顯著升高。而在小膠質細胞中特異敲除TRPC6蛋白后,炎癥抑制蛋白cryαB的水平顯著上調。另外,MPTP所介導的小膠質細胞的增殖以及炎癥因子的表達被有效抑制,同時經元的損傷也得到部分緩解。

細胞內鈣離子信號對小膠質細胞增殖、遷移和炎癥表達具有重要調節作用[12]。然而,在小膠質細胞的激活期間,鈣離子信號是如何進行信號傳遞并發揮功能還未研究清楚。在實驗中,我們發現在注射MPTP后,CD11b-TRPC6-/-小鼠中cryαB蛋白水平被上調,同時炎癥因子表達和小膠質細胞的激活被明顯抑制。鑒于cryαB蛋白被認為是一類炎癥抑制蛋白[16, 17],提示cryαB可能在TRPC6通道下游發揮炎癥調節功能。另外,鈣離子信號被報道可以調節cryαB的翻譯后修飾并影響其活性[18, 19],為后續探究TRPC6通道在小膠質細胞中對于cryαB的調節奠定了理論基礎。

本研究中發現,MPTP注射可以導致小膠質細胞中TRPC6通道的表達升高,但對于其中的機制還未闡述明晰。根據報道,在小膠質細胞的細胞系—BV-2細胞中,β淀粉樣蛋白可以同樣導致TRPC6蛋白表達的上升。而在此過程中,TRPC6蛋白表達變化受到了轉錄因子NF-kappaB的調控[15]。在MPTP模型中,小膠質細胞中的NF-kappaB同樣也被激活[10]。因此,探究NF-kappaB是否介導MPTP注射導致的TRPC6通道的表達上調,對于我們理解PD發生發展過程中小膠質細胞的炎癥調控具有重要意義。

本研究中,我們發現在MPTP模型中,小膠質細胞中TRPC6通道表達被上調,并促進了小膠質細胞的增殖以及炎癥因子的表達,進而影響了多巴胺能神經元的存活,而cryαB蛋白可能在TRPC6通道下游參與了炎癥的表達調控,為闡明小膠質細胞的功能以及以TRPC6為靶標緩解PD過程中的炎癥損傷提供了理論依據。

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EffectofTRPC6knock-outonthemouseneuroinflammationinducedbyMPTP

WANG Shu-zhen1, YIN Hong1, ZHONG Yao-yi2, FAN Wei-wei2, LING Geng-hai2*

(1.Zhangzhou Health Vocational College, Zhangzhou 363000, China; 2.The Affiliated Dongnan Hospital of Xiamen University (PLA 175th Hospital), Zhangzhou 363000)

ObjectiveTo measure the level of microglia TRPC6 in mouse MPTP (1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine)-induced neuroinflammation model and investigate its role in cytokine production and dopaminergic neuron damages.MethodsMicroglia were sorted by magnetic beads labeled with CD11b antibody and the level of TRPC6 in MPTP-induced neuroinflammation models was measured by western blotting. The proliferation of microglia and damages of dopaminergic neurons induced by MPTP were analyzed by immunofluorescence in CD11b-TRPC6-/-mice. Meanwhile, the expression of cryαB and cytokines in microglia was measured by western blotting and real-time quantitative PCR, respectively.ResultsThe level of microglia TRPC6 in MPTP-induced neuroinflammation model was up-regulated. The expression of cryαB was increased and the cytokine level was down-regulated in the microglia in MPTP-injected CD11b-TRPC6-/-mice. Moreover, the dopaminergic neuron survival was improved in the MPTP-induced neuroinflammation model after TRPC6 knock-out in the microglia.ConclusionsThe expression of TRPC6 in microglia is up-regulated after MPTP injection, while in CD11b-TRPC6-/-mice the MPTP-induced cytokine expression is reduced, contributing to the improvement of dopaminergic neuron survival.

Microglia; TRPC6; Inflammation; MPTP; Dopaminergic neuron; Parkinson’s disease

國家自然基金(81601223)。

王淑貞(1982-),女,講師,研究方向: 妊娠期合并神經系統疾病診斷和治療。E-mail: wsz2211518@126.com

林庚海(1978-),男,副主任醫師,研究方向: 炎癥調節和心血管疾病治療。E-mail: 183961581@qq.com

R-33

A

1671-7856(2017) 12-0001-07

10.3969.j.issn.1671-7856. 2017.12.001

2017-05-17

簡訊

《中國實驗動物學報》入編《中文核心期刊要目總覽》(北大圖書館)

2014年版(即第七版)

《中文核心期刊要目總覽》是學術界對某類期刊的定義,一種期刊等級的劃分。它的對象是中文學術期刊。是根據期刊影響因子等諸多因素所劃分的期刊。中文核心期刊是北京大學圖書館聯合眾多學術界權威專家鑒定,目前受到了學術界的廣泛認同。從影響力來講,其等級屬同類劃分中較權威的一種。按照慣例,北大核心期刊每四年由北大圖書館評定一次,并出版《北大核心期刊目錄要覽》一書。

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