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地塞米松和淀粉樣β蛋白片段25-35對PC12細胞損傷和凋亡的影響

2011-01-16 06:28:36李維祖張文李俠尹艷艷李衛(wèi)平
中國藥理學與毒理學雜志 2011年5期
關鍵詞:存活率蛋白酶神經(jīng)元

李維祖,張文,李俠,尹艷艷,李衛(wèi)平,3

(1.安徽醫(yī)科大學藥理學教研室,抗炎免疫藥理學省部共建教育部重點實驗室,國家中醫(yī)藥管理局中藥藥理三級實驗室,安徽合肥230032;2.皖南醫(yī)學院弋磯山醫(yī)院藥劑科,安徽蕪湖230000;3.安慶醫(yī)藥高等??茖W校,安徽安慶246003)

地塞米松和淀粉樣β蛋白片段25-35對PC12細胞損傷和凋亡的影響

李維祖1,張文2,李俠1,尹艷艷1,李衛(wèi)平1,3

(1.安徽醫(yī)科大學藥理學教研室,抗炎免疫藥理學省部共建教育部重點實驗室,國家中醫(yī)藥管理局中藥藥理三級實驗室,安徽合肥230032;2.皖南醫(yī)學院弋磯山醫(yī)院藥劑科,安徽蕪湖230000;3.安慶醫(yī)藥高等??茖W校,安徽安慶246003)

目的探討地塞米松(DEX)和淀粉樣β蛋白片段25-35(Aβ25-35)聯(lián)合作用對PC12細胞損傷和凋亡的影響。方法采用單獨或聯(lián)合應用DEX 0.1~10 μmol·L-1和Aβ25-351~5 μmol·L-1作用PC12細胞24 h,MTT法測定細胞活力;膜聯(lián)蛋白-Ⅴ,PI雙染流式細胞儀檢測細胞凋亡率,PI單染流式細胞儀檢測細胞凋亡峰;逆轉錄-PCR檢測胱天蛋白酶3 mRNA的表達水平。結果MTT結果顯示,與正常對照組相比,DEX 5和10 μmol·L-1,Aβ25-351,5和10 μmol·L-1,DEX 5+Aβ25-351,5和10 μmol·L-1及DEX 10+Aβ25-355,10 μmol·L-1組均可明顯降低PC12細胞存活率,而DEX聯(lián)合Aβ25-35能明顯減少PC12細胞數(shù)(P<0.01)。流式細胞儀結果顯示,DEX 5 μmol·L-1和Aβ25-351 μmol·L-1單獨作用對PC12細胞凋亡率和亞二倍體凋亡峰有一定的增加作用(P<0.05),兩者聯(lián)合作用能明顯增加PC12細胞早期和中晚期凋亡率,增加亞二倍體凋亡峰(P<0.01);RT-PCR結果顯示,DEX 5 μmol·L-1和Aβ25-351 μmol·L-1單獨作用對PC12細胞胱天蛋白酶3 mRNA的表達水平?jīng)]有明顯影響,它們聯(lián)合作用能明顯增加PC12細胞胱天蛋白酶3 mRNA的表達水平(P<0.05)。結論DEX和Aβ25-35聯(lián)合作用能明顯增加對PC12細胞的損傷,促進胱天蛋白酶3 mRNA表達,誘導PC12細胞凋亡。

地塞米松;淀粉樣β蛋白;阿爾茨海默病;細胞凋亡

阿爾茨海默病(Alzheimer disease,AD)是當前引起中、老年人智力降低、癡呆的最常見的神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病。其病理學特征為淀粉樣β蛋白(amyloid beta protein,Aβ)聚集形成的老年斑(senile plaque,SP),tau蛋白異常聚集形成的神經(jīng)原纖維纏結(neurofibrillary tangle,NFT),腦皮質、海馬神經(jīng)元有不同程度的減少等。AD的發(fā)病原因還不完全清楚,早在20世紀90年代初就發(fā)現(xiàn)AD與下丘腦-垂體-腎上腺皮質(hypothalamic-pituitary-adrenocortical,HPA)軸功能失調有關。在AD患者中存在HPA軸的功能失調,主要表現(xiàn)為循環(huán)中的基礎糖皮質激素水平顯著升高[1]和地塞米松(dexamethasone,DEX)激發(fā)后皮質醇抑制失敗等[2]。近年來研究發(fā)現(xiàn),慢性應激和糖皮質激素水平的升高能夠影響海馬神經(jīng)元樹突的完整性[3-4],也可以促進海馬神經(jīng)元的死亡[5]。應激水平糖皮質激素能夠明顯升高轉基因癡呆小鼠腦組織勻漿可溶性Aβ1-40和Aβ1-42水平,同時也能夠增加不溶性Aβ1-42水平[6-7]。前期研究表明,應激水平的DEX能引起小鼠學習記憶功能下降,對小鼠腦皮質和海馬區(qū)神經(jīng)元具有一定的損傷作用[8]。由于糖皮質激素水平和Aβ含量增加對神經(jīng)元都有毒性作用,而DEX和Aβ聯(lián)合應用對神經(jīng)元的損傷作用目前國內外研究較少。為了進一步研究DEX和Aβ聯(lián)合作用對神經(jīng)元的影響,本實驗觀察了在體外DEX和Aβ25-35對PC12細胞損傷及凋亡的影響。

1 材料與方法

1.1 細胞株、藥品和試劑

PC12細胞株由安徽中醫(yī)學院李慶林教授惠贈。DEX,Aβ25-35,四甲基偶氮唑鹽(MTT)和二甲亞砜(DMSO)為美國Sigma公司產(chǎn)品;DMEM、胰酶-EDTA混合物為美國Gibco公司產(chǎn)品;青霉素(醫(yī)用粉劑)為哈藥集團總廠產(chǎn)品;鏈霉素(醫(yī)用粉劑)為華北制藥股份有限公司產(chǎn)品。胎牛血清為杭州四季青公司產(chǎn)品;膜聯(lián)蛋白(Annexin)-Ⅴ/PI雙染試劑盒和PI單染試劑為凱基生物有限公司產(chǎn)品;Trizol為德國Invitrogen公司產(chǎn)品。焦碳酸二乙酯(diethyl pyrocarbonate,DEPC)為上海索萊寶生物科技有限公司產(chǎn)品;RT試劑盒為TaKaRa大連寶生物公司產(chǎn)品。胱天蛋白酶3和β肌動蛋白引物由上海生物工程技術服務有限公司合成;DNA標志物DL100為天根生化科技有限公司產(chǎn)品;PCR試劑盒為美國Promega公司產(chǎn)品。其他試劑均為國產(chǎn)分析純。

1.2 儀器

CO2培養(yǎng)箱,香港利康公司;超凈工作臺,蘇州凈化公司;倒置生物顯微鏡,重慶光電公司;FAl004型電子天平,上海天平儀器廠;756MC紫外可見分光光度計,上海精密科學儀器有限公司;SpectraMax 190型全波長酶標儀,美國MD公司;TGL-16H高速低溫離心機,珠海黑馬醫(yī)學儀器有限公司;PHS-3C精密PH計,上海雷磁創(chuàng)益儀器儀表有限公司;電熱恒溫水浴鍋,上海醫(yī)療器械廠;PCR儀,Bio-Rad公司;Biosens SC810凝膠成像系統(tǒng),上海山富科學儀器有限公司;流式細胞儀EPICSXL,美國庫爾特公司;96孔和6孔培養(yǎng)板,美國Costar公司;Winmdi29流式細胞儀分析軟件,美國Tonec公司。

1.3 MTT法測定PC12細胞存活

將對數(shù)生長期密度為1×108L-1細胞接種于96孔培養(yǎng)板,每孔100 μl,再加100 μl DMEM完全培養(yǎng)基,每組設6個平行復孔。按照分組分別加入含10%血清和雙抗的DMEM(正常對照);DEX 0.1,1,5和10 μmol·L-1;Aβ25-351,5和10 μmol·L-1;DEX 5+Aβ25-351,5和10 μmol·L-1;DEX 10+Aβ25-355和10 μmol·L-1。

CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)過夜,24 h貼壁后,吸出原培養(yǎng)液,用D-Hank液洗2次,換成無血清DMEM培養(yǎng)液孵育24 h,使細胞同步化于G0/G1期。各用藥組換含有相應藥物的DMEM培養(yǎng)基,對照組換含10%血清的DMEM培養(yǎng)基,觀察24 h細胞生長情況,每孔加入20 μl MTT溶液5 g·L-1,37℃孵育4 h后,小心吸棄培養(yǎng)板中的液體,每孔加入150 μl DMSO,振蕩10~15 min,使結晶物充分溶解后用酶標儀測定波長490 nm處吸光度(absorbance,A)。細胞存活率按公式:細胞存活率(%)=A實驗組/A對照組×100%計算。

1.4 PC12細胞凋亡的檢測

1.4.1 細胞分組

將對數(shù)生長期密度為3×1011L-1接種于6孔培養(yǎng)板,每孔1 ml,再加1 ml培養(yǎng)基(含10%血清的DMEM完全培養(yǎng)基),每組設3個平行復孔。按照分組,分別加入加含10%血清和雙抗的DMEM(正常對照);DEX 5 μmol·L-1,Aβ25-351 μmol·L-1,DEX 5 μmol·L-1+Aβ25-351 μmol·L-1,CO2培養(yǎng)箱中培養(yǎng)過夜,24 h貼壁后,血清饑餓法,使細胞同步化于G0/G1期。各用藥組換含有相應藥物的DMEM培養(yǎng)基,正常對照組換含10%血清的DMEM培養(yǎng)基,觀察24 h細胞生長情況,拍照,每孔計數(shù)3個高倍視野平均細胞數(shù)。

1.4.2 膜聯(lián)蛋白-Ⅴ/PI雙染流式細胞儀檢測細胞凋亡

取上述分組處理的細胞,用不含EDTA的胰酶消化收集離心,用PBS洗滌細胞2次(111.9×g,5 min)收集3×108細胞,加入500 μl的結合緩沖液懸浮細胞;加入5 μl膜聯(lián)蛋白Ⅴ-FITC混勻后,加入5 μl PI,混勻;室溫、避光、反應5~15 min;用流式細胞儀檢測,激發(fā)波長488 nm;發(fā)射波長530 nm。實驗結果采用Winmdi29分析軟件進行分析早期和中晚期PC12細胞凋亡率。

1.4.3 PI單染法流式細胞儀檢測PC12細胞凋亡峰

取上分組處理的細胞,PI單染流式細胞儀測定細胞凋亡峰,具體步驟如下:用0.25%胰酶消化,收集細胞1×109L-1,111.9×g,離心5 min,棄去培養(yǎng)液。2 ml D-Hank洗滌1次。離心去D-Hank,向試管內加2.5 ml生理鹽水,重新懸浮細胞,然后緩慢加入-20℃預冷的95%乙醇7.5 ml,4℃固定1 h。離心棄去固定液,用D-Hank洗1次,調細胞密度1×106,加1 ml PI重懸混勻。置4℃冰箱,染色20~30 min。離心洗PI染液,加少許PBS液。用流式細胞儀檢測:PI用氬離子激發(fā)熒光,激發(fā)波長488 nm,發(fā)射波長630 nm,產(chǎn)生紅色熒光,分析PI熒光強度的直方圖。用Winmdi29分析軟件分析PC12細胞凋亡峰。

1.4.4 逆轉錄PCR檢測胱天蛋白酶3 mRNA的表達水平

取上述分組處理的細胞,Trizol法提取PC12細胞總RNA,紫外分光光度計測定A260/A280值在1.8~2.0之間。取1 μg總RNA于42℃逆轉錄1 h后,以β肌動蛋白為內參,進行PCR。引物序列及片段長度:β肌動蛋白,上游引物5'-GAGACCTT CAACACCCCAGCG-3',下游引物5'-TCGGGGCATCGGAAC-CGCTCA-3',606 bp;胱天蛋白酶3,上游引物5'-AAGCCGAAACTCTTCATC-3',下游引物5'-TGAGC ATTGACACAATACAC-3',349 bp。PCR反應條件:95℃預變性2 min;95℃變性40 s,52℃復性40 s,72℃延伸1 min,擴增38個循環(huán);72℃延伸5 min,4℃保存。擴增產(chǎn)物用2%瓊脂糖凝膠電泳,將電泳圖像輸入凝膠分析系統(tǒng),進行條帶吸光度(absorbance,A)掃描,結果以各目的條帶與對應β肌動蛋白的A比值表示。

1.5 統(tǒng)計學分析

2 結果

2.1 DEX和Aβ25-35對PC12細胞存活率的影響

表1結果顯示,與正常對照組細胞存活率相比,單獨給予DEX 0.1和1 μmol·L-1對細胞存活率無影響;單獨給予DEX 5和10 μmol·L-1,Aβ25-351,5和10 μmol·L-1細胞存活率有一定的降低(P<0.05),而DEX 5+Aβ25-351,5,10 μmol·L-1,和DEX 10+Aβ25-355,10 μmol·L-1組均可顯著降低PC12細胞存活率(P<0.01),表明DEX和Aβ25-35聯(lián)合對PC12細胞具有明顯的損傷作用。

表1 地塞米松(DEX)和淀粉樣β蛋白片段25-35(Aβ25-35)對PC12細胞存活率的影響Tab.1 Effect of dexamethasone(DEX)and amyloid beta protein fragment 25-35(Aβ25-35)on PC12 cell survival

2.2 DEX和Aβ25-35對PC12細胞形態(tài)和細胞數(shù)目的影響

圖1和表2結果顯示,正常對照組PC12細胞貼壁,細胞生長旺盛,很多細胞伸出明顯突起,呈三角形或多邊形。與正常對照組比較,DEX 5 μmol·L-1和Aβ25-351 μmol·L-1組細胞出現(xiàn)突起減少,細胞數(shù)目變少(P<0.05)。DEX 5+Aβ25-351 μmol·L-1組細胞出現(xiàn)明顯的皺縮、變形、細胞突起減少、細胞數(shù)目減少等(P<0.01)。

圖1 DEX和Aβ25-35對PC12細胞形態(tài)學變化的影響(×400).A:正常對照組;B:DEX 5 μmol·L-1;C:Aβ25-35 1 μmol·L-1;D:DEX 5 μmol·L-1+Aβ25-351 μmol·L-1.Fig.1 Effect of DEX and Aβ25-35on the morphology changes in PC12 cells(×400).

表2 DEX和Aβ25-35對PC12細胞數(shù)目的影響Tab.2 Effect of DEX and Aβ25-35on number of PC12 cell

2.3 DEX和Aβ25-35對PC12細胞凋亡的影響

由圖2和圖3膜聯(lián)蛋白-Ⅴ/PI雙染流式細胞儀檢測結果顯示,正常對照組PC12細胞早期和中晚期凋亡細胞均較少。與正常對照組比較,DEX 5 μmol·L-1,Aβ25-351 μmol·L-1和DEX 5+Aβ25-351 μmol·L-1均能增加PC12細胞的凋亡率,其中DEX 5+Aβ25-351 μmol·L-1組PC12細胞早期和中晚期凋亡率有明顯的增加作用(P<0.01)。

PI單染流式細胞儀檢測結果(圖3和表3)顯示,正常對照組的凋亡峰較小,與對照組比較,DEX 5 μmol·L-1,Aβ25-351 μmol·L-1和DEX 5+Aβ25-351 μmol·L-1均能增加PC12細胞的凋亡峰,其中DEX 5+Aβ25-351 μmol·L-1對PC12細胞凋亡峰具有明顯的增加作用(P<0.01)。

圖2 FITC-膜聯(lián)蛋白/碘化丙啶(PI)雙染檢測DEX和Aβ25-35對PC12細胞凋亡率的影響.A:正常對照組;B:DEX 5 μmol·L-1;C:Aβ25-351μmol·L-1;D:DEX 5+Aβ25-35 1 μmol·L-1.Fig.2 Effect of DEX and Aβ25-35on the apoptotic rate in PC12 cells.

圖3 PI單染檢測DEX和Aβ25-35對PC12細胞凋亡的影響.A:正常對照組;B:DEX 5 μmol·L-1;C:Aβ25-351 μmol·L-1;D:DEX 5 μmol·L-1+Aβ25-351 μmol·L-1.Fig.3 Effect of DEX and Aβ25-35on apoptosis in PC12 cells.

表3 DEX和Aβ25-35對PC12細胞凋亡率的影響Tab.3 Effect of DEX and Aβ25-35on apoptosis in PC12 cells

2.5 DEX和Aβ25-35對PC12細胞胱天蛋白酶3 mRNA表達的影響

RT-PCR分析顯示,與正常對照組比較,DEX 5 μmol·L-1和Aβ25-351 μmol·L-1單獨作用對胱天蛋白酶3 mRNA表達沒有明顯影響,DEX 5 μmol·L-1聯(lián)合Aβ25-351 μmol·L-1對胱天蛋白酶3 mRNA的表達有明顯的增加作用(P<0.05)(圖4和表4)。

圖4 DEX和Aβ25-35對PC12細胞胱天蛋白酶3 mRNA水平的影響.M:DL100標志物;泳道1:正常對照組;泳道2:DEX 5 μmol·L-1;泳道3:Aβ25-351 μmol·L-1;泳道4:DEX 5+Aβ25-35 1 μmol·L-1.Fig.4 Effect of DEX and Aβ25-35on caspase 3 mRNA level in PC12 cells.

表4 DEX和Aβ25-35對PC12細胞胱天蛋白酶3 mRNA水平的影響Tab.4 Effect of DEX and Aβ25-35on caspase 3 mRNA level in PC12 cells

3 討論

本研究結果顯示,DEX和Aβ25-35單獨作用或DEX和Aβ25-35合用均可降低PC12細胞活力;DEX和Aβ25-35單獨作用或DEX和Aβ25-35合用均可明顯增加PC12細胞的凋亡率。DEX和Aβ25-35單獨作用對PC12細胞中胱天蛋白酶3 mRNA表達水平?jīng)]有明顯影響,但兩者合用則可明顯增加PC12細胞中胱天蛋白酶3 mRNA水平。

大量的研究證實,糖皮質激素水平和Aβ含量的增加對神經(jīng)元均具有毒性作用[9-10],AD患者血漿糖皮質激素水平明顯高于正常人群[1],慢性心理應激可以增加AD的發(fā)病率[11]。表明糖皮質激素水平的升高和Aβ的毒性作用在AD的發(fā)生和發(fā)展中都具有重要的作用,可見糖皮質激素和Aβ對AD患者可以產(chǎn)生聯(lián)合損傷作用。聯(lián)合作用的主要類型有協(xié)同作用、相加作用和拮抗作用等,如果DEX和Aβ的聯(lián)合損傷作用具有協(xié)同或相加作用可能會促進AD的發(fā)生和發(fā)展,因此研究糖皮質激素和Aβ對神經(jīng)細胞的是否具有協(xié)同或相加損傷作用有重要意義。

本研究結果表明,DEX和Aβ25-35單獨作用或聯(lián)合作用對PC12細胞均有一定的損傷作用。與相同劑量的DEX和Aβ25-35單獨作用比較,DEX和Aβ25-35聯(lián)合作用可以進一步降低PC12細胞活力、增加細胞凋亡率,明顯增加PC12細胞中胱天蛋白酶3 mRNA水平,但差異沒有顯著性。實驗結果表明,在體外DEX和Aβ25-35聯(lián)合作用對PC12細胞可能沒有協(xié)同損傷作用,DEX和Aβ25-35聯(lián)合損傷是否具有相加作用還需要進一步的實驗來證實。另外由于PC12細胞是來自大鼠腎上腺嗜鉻細胞瘤的細胞株,關于DEX和Aβ25-35對神經(jīng)細胞的聯(lián)合損傷作用及其機制有待于在海馬神經(jīng)元和整體動物上做進一步研究。

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Effect of dexamethasone and amyloid beta protein fragment 25-35 on PC12 cells injury and apoptosis

LI Wei-zu1,ZHANG Wen2,LI Xia1,YIN Yan-yan1,LI Wei-ping1,3
(1.Department of Pharmacology,Key Laboratory of Anti-inflammatory and Immunopharmacology,Ministry of Education,Key Laboratory of Chinese Medicine Research and Development,State Administration of Traditional Chinese Medicine,Anhui Medical University,Hefei230032,China;2.Department of Pharmacy,Yijishan Hospital,Wannan Medical University,Wuhu241001,China;3.Anqing Medical and Pharmaceutical College,Anqing246003,China)

OBJECTIVETo study the effect of dexamethasone(DEX)and amyloid beta protein fragment 25-35(Aβ25-35)on PC12 cells injury and apoptosis.METHODSDEX 0.1-10 μmol·L-1and Aβ25-351-5 μmol·L-1were administered alone or in combination to PC12 cells.PC12 cells survival was detected by MTT assay.PC12 cells apoptosis was detected by flow cytometer with Annexin-Ⅴ/PI double stain and PI single stain.Caspase 3 m RNA level in PC12 cells was detected by RT-PCR.RESULTSMTT results showed that,DEX 5,10 μmol·L-1,Aβ25-351,5,10 μmol·L-1,DEX 10+Aβ25-351,5,10 μmol·L-1and DEX 5+Aβ25-355 and 10 μmol·L-1could decrease PC12 cells survival after 24 h treatment.While combination of DEX with Aβ25-35could significantly decrease PC12 cells number(P<0.01).DEX 5 μmol·L-1,Aβ25-351 μmol·L-1could increase the apoptotic rate of PC12 cells.And DEX 5+Aβ25-351 μmol·L-1could significantly increase the apoptotic rate of PC12 cells(P<0.01).Single DEX 5 or Aβ25-351 μmol·L-1had no significant effect on caspase 3 mRNA levels,but DEX 5 μmol·L-1+Aβ25-351 μmol·L-1could significantly increase caspase 3 mRNA levels.CONCLUSIONCombination of DEX with Aβ25-35can significantly increase the injury and apoptosis in PC12 cells.

dexamethasone;amyloid beta protein;Alzheimer's disease;apoptosis

The project supported by Foundations of Academic Leader of Anhui Province(2005hbz18);the Foundations of Talented Man of Anhui Province(2007Z030);Natural Science Foundations of Education Bureau of Anhui Province(KJ2009A81);and Natural Science Foundations of Education Bureau of Anhui Province(KJ2010B378)

LI Wei-ping,E-mail:lwp19@126.com,Tel:(0551)5161133

R966

A

1000-3002(2011)05-0430-06

10.3867/j.issn.1000-3002.2011.05.004

安徽省高校省學術帶頭人科學研究資助(2005hbz18);安徽省人才基金(2007Z030);安徽省教育廳自然科學項目(KJ2009A81);安徽省教育廳自然科學項目(KJ2010B378)

作者介紹:李維祖(1971-),男,副教授,博士,主要從事神經(jīng)免疫藥理學研究;李衛(wèi)平(1960-),男,教授,博士生導師,主要從事神經(jīng)免疫藥理學研究。

李衛(wèi)平,E-mail:lwp19@126.com,Tel:(0551)5161133

(來稿日期:2010-12-06接受日期:2011-07-01)

(本文編輯:喬虹)

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多胚蛋白酶 高效養(yǎng)畜禽
IgA蛋白酶在IgA腎病治療中的潛在價值
基于二次型單神經(jīng)元PID的MPPT控制
電源技術(2015年5期)2015-08-22 11:18:38
毫米波導引頭預定回路改進單神經(jīng)元控制
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