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参知健脑方对拟血管性痴呆细胞模型的神经保护作用及机制研究

田丹枫  
【摘要】:血管性痴呆(Vascular Dementia,VD)是痴呆常见类型之一,以记忆力进行性衰退、认知功能障碍及性格、情感等精神改变为主要临床表现。VD的病理机制与兴奋性氨基酸毒性损伤、突触可塑性改变、钙超载、氧化应激损伤及细胞凋亡等过程密切相关,早预防、早发现、早治疗可显著提高VD患者的生存率及生活质量,降低死亡率。课题组基于VD的“毒损脑络”中医创新病因病机理论并结合多年临床经验,创制了具有解毒通络作用的参知健脑方。前期动物体内实验研究表明,本方可改善VD大鼠的认知功能,修复受损海马神经元,通过调控谷氨酸突触囊泡转运关键蛋白clathrin介导的NMDA受体内吞过程,减轻谷氨酸所致神经兴奋性毒性而起到神经保护作用。但研究大多仅从单个靶点或通路评估参知健脑方对VD的干预作用,并未完全解释其药效机制;且目前尚未对其进行体外细胞实验深入分析验证,其分子机制值得更深入地探索研究。目的:基于VD“毒损脑络”理论,(1)通过网络药理学探讨参知健脑方治疗VD的药理作用及分子机制;(2)通过体外实验,筛选干预药物的适宜浓度,并探讨参知健脑方对拟VD细胞模型增殖及毒性的影响;(3)研究参知健脑方对拟VD细胞模型周期、凋亡及细胞内游离Ca2+和ROS/Superoxide水平的影响,探讨其对VD细胞模型谷氨酸兴奋性毒性的神经保护作用,并验证参知健脑方的治疗有效性及网络药理学结果的可靠性;(4)研究参知健脑方对拟VD细胞模型clathrin、RAB5B和NMDAR1表达水平的影响,探讨其是否通过调控clathrin介导的NMDA受体内吞过程发挥对VD的治疗作用,并验证网络药理学结果的可靠性。方法:第一部分:依托多种数据库检索并收集参知健脑方的入血化学成分、作用靶点和VD作用靶点,随后整合数据获得参知健脑方治病靶点。通过Cytoscape3.7.1构建参知健脑方-活性化合物-治病靶点网络图,STRING数据库构建蛋白互作网络,DAVID数据库进行基因本体论(GO)和京都基因与基因组百科全书(KEGG)富集分析。第二部分:采用谷氨酸诱导PC12细胞损伤作为VD细胞模型,采用CCK-8法和IncuCyte动态细胞成像技术筛选出谷氨酸适宜造模剂量及参知健脑方低、中、高干预剂量。参知健脑方各剂量与盐酸美金刚分别干预VD细胞模型,观察其对细胞形态、细胞增殖及毒性的作用。第三部分:采用谷氨酸诱导的PC12细胞损伤作为VD细胞模型,参知健脑方各剂量与盐酸美金刚分别干预VD细胞模型,采用流式细胞术等技术观察其对细胞周期、凋亡、细胞内游离Ca2+、活性氧和超氧化物(ROS/Superoxide)水平的影响,qRT-PCR检测caspase-3 mRNA的相对表达水平。第四部分:采用谷氨酸诱导的PC12细胞损伤作为VD细胞模型,参知健脑方各剂量与盐酸美金刚分别干预VD细胞模型。采用免疫荧光和Western blot技术分别检测clathrin、RAB5B和NMDAR1的分布和蛋白表达水平;qRT-PCR技术检测clathrin和NMDAR1在mRNA水平上的表达情况。结果:第一部分:网络药理学研究结果表明,(1)参知健脑方-活性化合物-治病靶点网络图包含3个单味药,18个活性化合物,154个治病靶点。其中,芍药苷、白芍苷和新芒果苷等活性成分关联基因较多,FGF1和FGF2位列治病靶点首位。(2)PPI网络包含154个靶点蛋白,关键蛋白涉及INS、ALB、AKT1、CASP3、JUN、PTGS2等。(3)GO富集分析共有条目4960个,其中生物过程相关条目4176个,细胞组成相关条目306个,分子功能相关条目478个。(4)KEGG富集分析共有相关通路30条,涉及MAPK信号通路、HIF-1信号通路、凋亡通路、神经活性配体-受体相互作用通路、钙信号通路等。第二部分:体外实验结果表明,(1)药物干预剂量筛选:谷氨酸适宜造模剂量为22.5 mM,参知健脑方低、中、高剂量分别为:0.05、0.1、0.2 mg/mL,盐酸美金刚干预剂量为10 μM。(2)细胞形态学:正常PC12细胞呈不规则长梭形,形态完整,突起明显,贴壁牢固;谷氨酸处理的PC12细胞呈圆球形,结构不完整,胞体皱缩,易聚集成团;突起变短或减少、消失,细胞贴壁不牢;随着时间的增加,死细胞数明显增多,细胞死亡率显著上升。与模型组相比,参知健脑方各剂量组细胞胞体均相对完整,部分细胞突起少量存在,存在突触间联系;细胞贴壁较模型组牢固;随着时间的增加,死细胞数增多不明显,细胞死亡率没有显著上升。盐酸美金刚组细胞形态较模型组略有改善。(3)CCK-8增殖实验:谷氨酸可以显著降低PC12细胞活力,抑制细胞增殖(P0.05);参知健脑方各剂量和盐酸美金刚均可明显提高PC12细胞活力,促进细胞增殖,降低细胞毒性(P0.01)。(4)IncuCyte增殖实验:谷氨酸可以持续增加细胞绿色荧光面积和死细胞数,死亡率呈明显上升趋势,细胞融合率持续下降;参知健脑方各剂量均可以有效减少细胞绿色荧光面积和死细胞数,死亡率降低,融合率呈上升趋势;盐酸美金刚的各项结果趋势与谷氨酸类似。(5)CFSE增殖实验:谷氨酸可以明显增高CFSE平均荧光强度(P0.01),参知健脑方各剂量和盐酸美金刚CFSE平均荧光强度均呈减弱趋势,但差异无显著统计学意义(P0.05)。第三部分:体外实验结果表明,(1)细胞周期:谷氨酸可以显著增加S期细胞比例,使细胞阻滞在S期(P0.01);参知健脑方各剂量和盐酸美金刚均可以显著降低S期细胞比例(P0.01)。(2)细胞凋亡:谷氨酸可以明显增加凋亡率(P0.01),参知健脑方各剂量和盐酸美金刚均可以显著减少细胞凋亡(P0.01)。(3)Ca2+和ROS/Superoxide水平:谷氨酸可明显升高细胞内Ca2+和ROS/Superoxide水平(P0.01),参知健脑方各剂量和盐酸美金刚均可不同程度降低细胞内Ca2+和ROS水平(P0.05,P0.01)。(4)qRT-PCR:谷氨酸可以明显增加caspase-3 mRNA的表达水平(P0.01);参知健脑方和盐酸美金刚均可显著降低caspase-3 mRNA的表达水平(P0.01)。第四部分:体外实验结果表明,(1)免疫荧光:clathrin主要表达于细胞膜和细胞质;RAB5B主要表达于细胞膜和细胞质中的早期内体;NMDAR1主要表达于细胞膜和突触。谷氨酸显著降低clathrin和RAB5B的表达(P0.01,P0.01),增加NMDAR1的水平(P0.01);参知健脑方各剂量均可上调clathrin、RAB5B水平(P0.05,P0.05),下调NMDAR1水平(P0.05)。(2)qRT-PCR:谷氨酸可明显降低clathrin mRNA的表达(P0.01),并增加NMDAR1 mRNA的表达水平(P0.01);参知健脑方可明显增加clathrin的表达并显著降低NMDAR1的表达水平(P0.01)。(3)Western Blot:谷氨酸可抑制clathrin和RAB5B的表达,明显增加NMDAR1的表达水平(P0.01);参知健脑方各剂量均可以显著上调clathrin、RAB5B表达水平,下调NMDAR1 的水平(P0.01)。结论:(1)参知健脑方治疗VD的作用靶点和通路机制呈现多角度、多途径、多环节的特点,其治病靶点大多与血管、神经保护及突触可塑性调节相关,且靶点与通路之间相互协同发挥作用,提示这可能是参知健脑方治疗VD的关键,为深入研究参知健脑方治疗VD的其他机制提供了新思路。(2)适宜浓度的谷氨酸可以显著促进PC12细胞增殖,但谷氨酸浓度过高会产生细胞毒性,导致细胞死亡。参知健脑方各剂量能均能明显促进细胞增殖,提高细胞活力及细胞融合率,减少死细胞数目及死亡率,减少细胞毒性损伤;均对细胞形态有一定修复作用,改善细胞贴壁不牢的状态。(3)参知健脑方能有效修复细胞周期循环,下调caspase-3的表达而减少细胞凋亡;降低细胞内Ca2+浓度而阻止Ca2+内流并增强细胞清除ROS和Superoxide的能力,减少谷氨酸毒性积累及氧化应激损伤。参知健脑方可影响上述多种途径发挥神经保护作用;验证了参知健脑方治疗VD的有效性以及网络药理学计算机预测结果的可靠性。(4)Clathrin介导的NMDA受体胞吞障碍导致谷氨酸兴奋性毒性积累,“解毒通络”的参知健脑方可改善谷氨酸损伤PC12细胞clathrin介导的NMDA受体胞吞过程而降低谷氨酸神经兴奋性毒性。其发挥神经保护的作用机制可能与上调clarhrin和RAB5B的表达,促进clathrin介导的NMDA受体胞吞过程有关。验证了参知健脑方治疗VD的有效性以及网络药理学研究结果的可靠性,为“解毒通络”法则治疗VD提供了微观证据。


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