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微囊藻毒素LR对PC12细胞的毒性及作用机制

孟冠敏  
【摘要】:水体环境中的藻类大量繁殖已成为世界性的生态问题,除了引发水华造成水体富营养化污染外,还释放大量的藻类毒素对人类和其它生物的健康构成威胁。在蓝绿藻属产生的毒素中,微囊藻毒素(Microcystin, MC)是人类日常生活中接触最多的一类由80多种同类物组成的单环七肽毒素,其中毒性最强的、研究最多的是微囊藻毒素-LR (Microcystin-LR, MC-LR)。MC-LR一般被认为是一种肝毒素,因为MC-LR主要靶向富集于肝脏并引起严重的肝脏毒性效应,包括急性肝出血、肝坏死和并与人类原发性肝癌相关。最近的研究发现,除了肝组织,MC-LR还可以透过血脑屏障和血液-脑脊液屏障而出现于脑组织中,由此推断微囊藻毒素可能还具有神经毒性。越来越多的研究提出微囊藻毒素的潜在神经毒性,然而MC-LR如何发挥神经毒性作用及其内在分子机制尚待揭示。 为探索MC-LR的神经毒性作用,我们选用了常被作为神经元细胞模型的高分化型的PC12细胞,首先研究MC-LR对PC12细胞的一系列细胞学效应,包括MC-LR对细胞存活率、细胞凋亡、细胞骨架和氧化应激状态的影响;探讨MC-LR在PC12细胞中如何影响其特异作用靶蛋白PP2A的酶活性、构成PP2A全酶的各亚基的蛋白表达水平;进一步研究了与细胞骨架相关的蛋白tau和HSP27的磷酸化状态,并从信号转导的角度探索该过程中可能的分子机制,从而为进一步阐明MC-LR神经毒性的机制以及提出有效的预防和治疗措施提供新的依据和思路。 主要结果: 1.在本实验条件下,MC-LR不影响PC12细胞的存活率。 2.在本实验条件下,MC-LR不引起PC12细胞发生凋亡。 3.在本实验条件下,MC-LR不影响PC12细胞的形态。 4. MC-LR对细胞骨架的影响具体表现为微管和微丝结构的紊乱,以及微管的稳定性下降。此外,MC-LR还使PP2A-Ba亚基与微管的结合下降。 5. MC-LR可诱导PC12细胞氧化应激水平的升高。 6. MC-LR进入PC12细胞后与PP2A-C亚基结合,抑制了PP2A酶活性,并且影响了PP2A各亚基的表达及PP2A-C的翻译后修饰水平。 7. MC-LR诱导了微管相关蛋白tau的过度磷酸化并导致tau与细胞骨架的结合下降,还诱导了微丝相关的调控蛋白HSP27的过度磷酸化。 8. MC-LR诱导细胞骨架相关蛋白的过度磷酸化的潜在机制可能包括PP2A活性被抑制和p38-MAPK通路的激活。 9.抑制p38-MAPK的激活能抑制MC-LR所诱导的细胞骨架相关蛋白的过度磷酸化和细胞骨架的重构。 主要结论: 1. MC-LR对PC12细胞的PP2A酶活性的影响可能是多重因素综合作用的结果,包括PP2A的不同组成亚基表达的改变以及PP2A-C亚基的翻译后修饰水平的改变。由此本研究在拓展了文献报道的基础上,进一步揭示了MC-LR对其特异靶蛋白PP2A的复杂的作用方式。 2.在本研究条件下MC-LR对PC12细胞产生的毒性主要为诱导氧化应激水平的升高和细胞骨架结构的改变。 3. MC-LR诱导了调控细胞骨架结构的组装和功能的细胞骨架相关蛋白tau和HSP27的过度磷酸化,这可能导致了细胞骨架的重构。 4. MC-LR诱导的细胞骨架相关蛋白tau和HSP27的过度磷酸化的机制可能是因为PP2A活性受到抑制后其介导的脱磷酸化作用减弱,而激活的p38-MAPK介导的磷酸化作用增强。 5. p38-MAPK通路的抑制剂能在抑制tau和HSP27的过度磷酸化的同时,对抗MC-LR对PC12细胞骨架产生的毒性效应,由此本研究还为探索有效对抗MC-LR神经毒性的预防和治疗措施提供了新思路。


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