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帕金森病(Parkinsons disease,PD)是一种常见于中老年人的神经退行性变性疾病,中脑黑质致密部多巴胺能神经元选择性变性、死亡,导致多巴胺水平下降是其主要病因。路易(Lewy)小体的出现是PD的主要病理特征之一,α-突触共核蛋白(α-synuclein)是Lewy小体的主要成分。线粒体缺陷、环境致病因子等其他因素均参与PD的发病过程。鱼藤酮(rotenone)是一种广泛使用的农药,近年来研究表明,鱼藤酮作为一种环境致病因子在制造PD模型中发挥着重要作用。鱼藤酮的毒性作用主要是通过特异性抑制线粒体呼吸链复合体酶Ⅰ的活性,致使活性氧(ROS)的产生和清除失衡,ROS产生增多,最终导致细胞凋亡。SH-SY5Y细胞来源于人的神经母细胞瘤,因其能产生和分泌多巴胺,已作为多巴胺能神经元细胞广泛用于PD的研究中。临床上关于PD的治疗,主要是以左旋多巴替代治疗为主的症状性治疗,这种治疗措施只能暂时缓解症状,并不能阻止病情进展,长期服用会出现严重的不良反应。因此,寻找新的更有效的神经保护手段是PD研究的重点领域之一。流行病学方面的研究显示,服用利福平(rifampicin)治疗麻风的患者,其痴呆的患病率明显降低;有实验证明利福平可以抑制α-synuclein聚集,这为利福平成为可能的防治PD的新药提供理论依据。但利福平作为自由基清除剂,具有可能的线粒体保护作用,从而达到保护细胞的作用,对于防治PD的机制研究未见报道。
本研究通过体外培养SH-SY5Y细胞,经利福平预处理,鱼藤酮诱导细胞建立线粒体损伤的细胞缺陷模型,通过细胞活性检测分析利福平的神经保护作用,用DCFH-DA染料通过流式分析测定利福平对细胞内ROS的影响,荧光染料JC-1测定线粒体跨膜电位,用Annexin V-PI染料通过流式分析测定利福平预处理对细胞凋亡的抑制作用,RT-PCR分析α-synuclein的表达,高钙离子诱导的线粒体肿胀实验分析利福平与线粒体的直接作用,探讨利福平神经保护作用的抗细胞凋亡机制和线粒体保护机制。
研究结果发现,首先,低浓度利福平(1、10、100 nmol/L)预处理均能对抗鱼藤酮诱导的细胞损伤;其次,通过分离制备线粒体,测定线粒体肿胀的研究发现,利福平能对抗高钙离子诱导的线粒体肿胀,说明利福平可能直接作用在线粒体上。低浓度利福平(1、10、100 nmol/L)预处理能对抗鱼藤酮诱导的线粒体损伤,减少了细胞内ROS的产生,稳定了线粒体膜电位,说明利福平对线粒体具有保护作用。最后,100 nmol/L鱼藤酮处理细胞24h后,发现细胞内α-synuclein的转录水平上调,是鱼藤酮诱导多巴胺能神经元凋亡的可能机制,而低浓度利福平(1、10、100 nmol/L)预处理后可以抑制鱼藤酮诱导的α-synuclein的转录水平上调,说明利福平对抗鱼藤酮诱导的多巴胺能神经元早期凋亡。结论表明,1、10、100 nmol/L利福平能够对抗鱼藤酮诱导的多巴胺能神经元线粒体缺陷和细胞凋亡,起到保护神经细胞的作用,其机制可能与清除自由基、调控α-synuclein的表达有关。同时提示了利福平有可能成为预防PD的药物。