Cdks抑制剂3’单肟靛玉红对Aβ神经毒性的保护作用及其机制研究

【摘要】：阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)是一种进行性神经变性疾病,是老年期痴呆中最常见的类型。全世界约有2400万AD患者,其中我国约有400万左右。随着疾病进展,患者出现记忆、思维、行为等方面的症状,严重影响日常工作及社会生活,给家庭和社会带来沉重的负担,已经成为一个严重的社会和医疗问题。但到目前为止,AD的发病机制尚不完全清楚,临床缺乏理想的治疗药物。因此,研究AD的发病机制及研发有效的防治药物显得尤为重要。 一些对AD患者脑内新病理现象的认识,为阐明AD的神经元死亡机制提供了新的线索,也为AD的治疗带来新的希望。越来越多的证据显示神经元凋亡的出现伴随细胞周期蛋白的激活。在各种神经应激情况下,完成有丝分裂的成熟神经元重新进入细胞周期,但是终极分化的神经元由于自身有丝分裂能力的限制,无法协调的经过细胞周期的各个阶段,最终导致凋亡性细胞死亡。因此异常出现的细胞周期依赖性蛋白激酶(cyclin-dependent kinases, Cdks)在AD的细胞死亡中起关键作用。据此推论,应用药物干预Cdks的活性,可能为AD的治疗提供新的有效的药物。但是Cdks抑制剂作为神经保护剂的研究刚刚起步,并且多在细胞水平和急性脑缺血模型中进行。 靛玉红(indirubin)是中国医学科学院在传统中成药当归芦荟丸中发现的抗白血病有效成分。目前已经清楚它是一种选择性的Cdks抑制剂,可以在纳摩尔水平抑制Cdk1、Cdk2、Cdk5的活性,但其水溶性和脂溶性都很差,且有一定的肝毒性。3’单肟靛玉红(Indirubin-3’-monoxime, IMX),为其衍生物,不仅是强有力的Cdks抑制剂,而且毒性低、分子量小、有较好的膜通透性,IMX可以与 ATP竞争Cdks激酶的催化位点。本文工作旨在研究Cdks抑制剂IMX对β淀粉样蛋白25-35(β-amyloid protein 25-35, Aβ25-35)所致SH-SY5Y细胞凋亡的保护作用,并在此基础上研究其对tau蛋白磷酸化的影响及其可能机制。本文包括以下两部分工作: 第一部分IMX对Aβ25-35所致SH-SY5Y细胞毒性的保护作用 目的:探讨Cdks抑制剂IMX对Aβ25-35所致SH-SY5Y细胞凋亡的保护作用。方法:采用细胞培养法,以神经母细胞瘤SH-SY5Y细胞系为材料制备Aβ25-35损伤的离体细胞模型。通过Cell Counting Kit 8(CCK-8)分析不同剂量IMX和(或)Aβ25-35在不同时间点对细胞存活率的影响;采用相差显微镜观察细胞形态并配以Hoechst染色检测细胞核固缩;用流式细胞仪检测细胞凋亡。结果:(1) IMX浓度高至3.0μM以上时可使细胞活性逐渐降低,与对照组相比差异有显著性意义(在3.0μM和6.0μM组,P0.01;在12μM组,P0.001);(2)10-50μM Aβ25-35可使细胞活性逐渐降低,与对照组相比差异有显著性意义(在10-30μM组,P 0.01;在40-50μM组,P 0.001);(3)同时给予0.25、0.5、1.0μM的IMX可使细胞活性明显升高,与损伤组相比差异有显著性意义(与损伤组比较,在0.25μM组,P0.05;在0.5、1.0μM组,P0.01);(4)Hoechst 33258染色结果显示,Aβ25-35处理组凋亡细胞明显增多,出现核固缩、凋亡小体,凋亡细胞升高至42.4±3.86% (P 0.001),而0.5和1.0μM IMX给药后凋亡细胞明显减少,阳性细胞分别减少至27.4±3.09%和19.2±2.02% (P 0.001);(5)流式细胞仪实验证实,与正常对照组相比,20μM Aβ25-35处理组细胞凋亡率显著升高,可达20.33±2.02%(P0.01),1.0μM IMX与Aβ25-35同时孵育后,细胞凋亡率降低至12.4±1.82% (与模型组比较,P0.01 )。在40μM处理组,Aβ25-35处理组凋亡细胞百分率可从对照组的8.1±1.42%增加至50.2±4.77%,而0.5和1.0μM IMX给药后凋亡细胞百分率分别恢复至33.9±3.09%和24.5±3.47%(P0.001)。结论:IMX能显著减少Aβ25-35所致的SH-SY5Y细胞凋亡,从而抑制其神经毒性作用。 第二部分IMX减轻Aβ25-35所致SH-SY5Y细胞tau蛋白磷酸化的作用及其机制研究 目的:探讨IMX减轻Aβ25-35诱导的SH-SY5Y细胞tau蛋白过度磷酸化的作用及其可能机制。方法:(1)SH-SY5Y细胞分别与0、0.5和1.0μM IMX预孵育24 hr后,加入40μM老化的Aβ25–35,继续孵育48 hr,应用caspase-3活性检测试剂盒观察各组细胞caspase-3活性变化(。2)用0.5μM和1.0μM IMX预处理SH-SY5Y细胞1 hr后,加入终浓度为20μM凝聚态Aβ25-35,再孵育6 hr,应用蛋白免疫印迹的方法,观察tau蛋白在pS396、pS199、pT205位点的磷酸化水平,并检测磷酸化糖原合酶激酶3beta(p-glycogen synthase kinase 3β, p-GSK3β)(Ser9)的表达;(3)同样的方法处理细胞后24 hr和2 hr,应用蛋白免疫印迹的方法,观察c-jun N末端激酶(c-jun N-terminal kinase, JNK)和细胞外信号调节激酶(extracellular signal regulated protein kinases, ERKs)的活化情况,以探讨这些蛋白在tau蛋白磷酸化中的作用。结果:(1)caspase-3蛋白激酶活性在Aβ25–35诱导的AD细胞模型中明显增高,IMX可以降低其激酶活性;(2)空白对照组tau蛋白在pS396、pS199、pT205位点的磷酸化水平较低,Aβ25–35损伤后tau蛋白磷酸化明显增加,IMX给药可以减少损伤组中tau蛋白磷酸化水平;(3)Aβ25–35损伤后p-GSK3β(Ser9)的表达较空白对照组减少,意味着GSK3β的磷酸化增加,而IMX给药可以增加损伤组中p-GSK3β(Ser9)的表达水平,从而抑制GSK3β的磷酸化;(4)空白对照组p-JNK和p-ERK的表达水平较低,Aβ25–35损伤后其表达明显增加,但IMX给药后蛋白表达无明显变化。结论:(1)IMX可通过抑制caspase-3活化,在一定程度减轻凝聚态的Aβ25-35所致的SH-SY5Y细胞凋亡;(2)IMX可以通过抑制tau蛋白在pS396、pS199、pT205位点的磷酸化水平,从而减轻Aβ25–35的细胞毒性;(3)GSK3β参与了Aβ25–35诱导细胞tau蛋白磷酸化的作用,IMX可通过诱导失活形式的p-GSK3β(Ser9)表达增加而抑制GSK3β的活性,进而抑制Aβ诱导的细胞tau蛋白磷酸化;(4)p-JNK和p-ERK没有参与IMX抑制Aβ诱导的细胞tau蛋白磷酸化的作用。