活性肽OM-LV20通过色氨酸羟化酶1介导的促脑缺血损伤修复作用和机制研究

来源 :昆明医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ZhuoFeichi
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[目 的]中风导致严重的神经损伤并造成严峻的社会、经济负担,由于损伤后修复机制的高度复杂性与目前被批准使用的药物极度稀缺,使得新型抗中风药物的发现、新的机制解析及新药物靶标发现具有重要意义。目前,肽类分子已经成为发现与确认新药靶点的有力工具,并且是新药创制先导化合物的重要来源。在基础科学研究、新型生物产业和创新药物研发中具有独特、不可替代的作用。色氨酸羟化酶1(Tryptophan hydroxylase 1,TPH1)参与多种精神、神经等相关疾病进程,但其对中风的作用却未见报道。本研究旨在细胞和动物水平上明确外源性应用OM-LV20对大鼠脑缺血再灌注模型及在对氧化应激下大鼠星形胶质细胞损伤的神经保护作用与机制,并以OM-LV20为分子探针探索内源性TPH1作为抗中风药物靶标的可能性。为后续神经系统疾病,特别是脑缺血再灌注的治疗与预防提供分子生物学依据。[方 法]1)利用HPLC系统检测活性肽OM-LV20在4℃、37℃及血浆中的半衰期。2)以Sprague-Dawley大鼠为研究对象,以腹腔注射的方法连续给药(OM-LV20)7天后建立大鼠脑缺血再灌注(Ischemia/Reperfusion,I/R)模型,即大脑中动脉栓塞2 h/再灌注24 h。通过利用mNSS行为学评分、TTC染色与脑梗死面积量化,初步评估OM-LV20的神经保护作用;利用H&E染色和Nissl染色评估OM-LV20对脑内细胞和神经元形态及存活状态的保护作用。3)OM-LV20对I/R大鼠神经保护机制研究(动物水平):利用分子对接模拟、高通量胰高血糖素样肽受体1(Glucagon like peptide-1 receptor,GLP-1R)激动实验和转录组学测序分析研究OM-LV20对I/R大鼠的神经保护机制;利用Western蛋白印迹、实时定量聚合酶链反应(Real Time-quantitative Polymerase Chain Reaction,qRT-PCR)和环磷酸腺苷(cyclic Adenosine monophosphate,cAMP)检测研究OM-LV20是否通过直接激动GLP-1R、激活有丝分裂原活化蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinase,MAPKs)信号通路与 BDNF/AKT 信号通路和调节垂体腺苷酸环化酶激活肽受体(Type 1 Pityitary Adenylate Cyclase Activating Polypeptide Receptor,PAC1R)、cAMP 及 TPH1 水平对 I/R 大鼠进行神经保护。4)利用大鼠海马区星形胶质细胞的原代培养、大鼠脑组织冰冻切片、免疫荧光三标、qRT-PCR、序列比对与Western免疫印迹研究TPH1在大鼠星形胶质细胞上的表达情况。5)OM-LV20对氧化应激下大鼠星形胶质细胞的神经保护作用(细胞水平):以大鼠星形胶质细胞株CTX-TNA2为研究对象,通过利用不同时间点(2h,4h,6h,12 h和24h)过氧化氢(Hydrogenperoxide,H2O2)(300 μM)刺激制造氧化应激模型以研究TPH1水平的变化;以活性肽OM-LV20为分子探针,利用Western免疫印迹方法和qRT-PCR探索活性肽对H2O2刺激下CTX-TNA2细胞的神经保护机制是否通过“PAC1R-MAPKs-TPH1”分子轴。6)通过慢病毒转染CTX-TNA2细胞构建与筛选稳定过表达细胞株;利用H2O2刺激2 h制造氧化应激模型和检测细胞活力、过氧化氢酶(Catalase,CAT)和乳酸脱氢酶(Lctate dehydrogenase,LDH)水平变化以探索TPH1的神经保护作用。[结 果](1)活性肽OM-LV20在4℃与37℃条件下均展示出良好的稳定性,并且在血浆中的半衰期为2.834 h。(2)OM-LV20有效逆转由I/R导致的神经功能损伤、改善大鼠神经行为异常、显著挽救脑梗死体积、有效提高大鼠海马区(p<0.05)和皮质区(p<0.0001)神经元存活率(20 ng/kg),并改善由I/R所致的细胞胞质染色加深、胞体皱缩、细胞间隙增大并有空泡形成及海马CA1区结构紊乱等一系列神经细胞和组织状态的改变。(3)分子对接模拟实验提示OM-LV20可能与GLP-1R通过Ile-19、Asp-12、Lys-7、Lys-4和Leu-1位点结合;GLP-1R激动实验提示OM-LV20并不是GLP-1R的直接激动剂。(4)I/R组和OM-LV20组大鼠梗死区域脑组织转录组测序提示:OM-LV20与I/R组共有3089个显著差异基因,并主要富集于MAPKs信号通路、cAMP信号通路和内质网蛋白加工等信号通路。通过实验验证发现,OM-LV20对大鼠脑I/R损伤的神经保护机制可能通过抑制MAPK信号通路磷酸化、激活BDNF/AKT信号通路、促进TPH1和PAC1R水平、及调节cAMP水平相关。(5)TPH1明显分布于海马区域、丘脑区域和中缝区域,特别是海马CA1区有明显表达,并在大鼠海马CA1区星形胶质细胞及DI-TNC1和CTX-TNA2两种大鼠星形胶质细胞株中均有表达。(6)TPH1在不同时间H2O2刺激下的变化:TPH1的mRNA和蛋白水平均呈先下降(2h降低)后上升(12h达到高峰)的趋势。(7)OM-LV20 以浓度依赖(10pM、100 pM、1nM)升高 CTX-TNA2 细胞中TPH1的mRNA和蛋白水平。(8)OM-LV20对H2O2刺激下大鼠CTX-TNA2细胞的神经保护作用:OM-LV20可能通过保护细胞活力(p<0.01)、抑制MAPK信号通路磷酸化(p<0.05)、升高PAC1R(p<0.001)、TPH1(p<0.05)和 CAT水平(p<0.05),与减少LDH释放(p<0.0001)改善氧化应激下的细胞损伤。(9)OM-LV20通过抑制JNK磷酸化水平升高TPH1水平:OM-LV20的应用降低JNK磷酸化水平并升高TPH1水平(p<0.05)。同时应用OM-LV20和Anisomycin后,TPH1水平有所下降(p<0.01);SP600125的单独应用会升高TPH1水平(p<0.05)。说明OM-LV20通过调控JNK信号通路磷酸化对TPH1水平进行调控、p-JNK水平与TPH1水平呈负相关趋势。(10)OM-LV20可能通过结合PAC1R对TPH1水平进行调控:分子对接模式实验提示,OM-LV20与PAC1R有结合的潜能。单独应用OM-LV20能提高CTX-TNA2细胞的TPH1水平(p<0.01),联合应用PACAP6-38后,升高的TPH1水平有所下降(p<0.05)。(11)过表达TPH1对H2O2刺激下的CTX-TNA2细胞活力损伤无保护作用,但有抗氧化应激损伤作用:过表达TPH1逆转了异常的CAT水平降低(升高25.01%±12.62%)与 LDH 水平升高(313.53%±65.39%)。[结 论]体内实验结果提示,对脑缺血再灌注模型大鼠腹腔注射活性肽OM-LV20可显著减少大鼠脑梗死体积、改善大鼠神经行为异常,并对I/R造成的梗死区域皮层和海马神经元的存活有保护作用。OM-LV20介导的潜在分子机制涉及MAPKs和BDNF/AKT信号通路的激活,与TPH1、cAMP和PAC1R的水平变化。体外实验结果提示,OM-LV20对氧化应激下大鼠星形胶质细胞的神经保护机制可能通过“PAC1R-MAPKs-TPH1”分子轴进行。此外,本研究首次报道了 TPH1在大鼠星型胶质细胞上的表达、探索了在不同时间点H2O2刺激下CTX-TNA2细胞中TPH1水平的表达,并发现TPH1可能通过提高CAT水平和减少LDH的释放以保护星形胶质细胞抵抗氧化应激损伤。本研究首次报道了两栖类动物皮肤分泌源性肽OM-LV20对I/R大鼠的神经保护作用。为新型抗卒中药物先导分子提供候选模版;为靶向TPH1及抗氧化应激途径提供了一种可能的减轻脑I/R损伤的相关机制,也为脑I/R的神经保护药物研发提供了潜在靶点。
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