2015年10月 基础医学与临床 Basic&Clinical Medicine October 2015 Vo1.35 No.10 第35卷第10期 文章编号:1001-6325(2015)10—1 351—07 研究论文 雌激素对不同年龄组帕金森病大鼠的影响及其机制 眭晨燕,李学忠 ,周小平,陈晓鹏 (江苏大学附属人民医院神经内科,江苏镇江212000) 摘要:目的探讨雌激素(E2)对鱼藤酮诱导的不同年龄组帕金森病(PD)大鼠模型的影响及其机制。方法将24 月龄SD大鼠(高龄组)和l2周龄SD大鼠(低龄组)分别分为对照组(0.9%氯化钠溶液)、鱼藤酮处理组(鱼藤酮 2 ms/kg)、雌激素治疗组(鱼藤酮2 ms/kg和E2 1 ms/kg)和他莫昔芬处理组(鱼藤酮2 ms/kg、E2 1 ms/kg和他莫 昔芬1 ms/kg),用行为学测试观察大鼠运动功能改变,免疫组织化学法及Western blot检测TH及LC一3表达,高效 液相色谱一电化学检测仪(HPLC—ECD)检测纹状体单胺类递质的变化。结果1)鱼藤酮显著缩短高龄大鼠转棒潜伏 期,延长爬杆时间(P<0.05),雌激素减弱鱼藤酮作用,他莫昔芬减轻雌激素作用。2)鱼藤酮显著减少高龄组黑质 TH阳性细胞数和TH表达(P<0.05),雌激素逐渐恢复TH阳性细胞损失和TH表达,他莫昔芬减轻雌激素作用。 3)鱼藤酮增加LC一3表达(P<0.05),雌激素和他莫昔芬对其表达影响不大。4)鱼藤酮显著降低DA及其代谢产物 DOPAC含量(P<0.05),升高5-HT含量,高龄组更明显(P<0.05),雌激素减弱鱼藤酮作用,他莫昔芬减轻雌激素 作用。5)鱼藤酮增加自噬体的数量,雌激素增加自噬溶酶体/自噬体的比例。结论高龄大鼠PD模型更可靠,雌激 素通过促进自噬成熟对鱼藤酮诱导的大鼠PD模型产生明显的治疗作用。 关键词:雌激素;帕金森病;年龄;自噬 中图分类号:R741 文献标志码:A Effects of estrogen on rats of different age groups with Parkinson’S disease and its mechanisms SUI Chen-yan,LI Xue-zhong ,ZHOU Xiao—ping,CHEN Xiao—peng (Dept.ofNeurology,the Afilfiated People’s ofHospital of Jiangsu University,Zhenjiang 212000,China) Abstract:Objective To investigate the effect of estrogen(E2)on different age rat groups of Parkinson’S disease (PD)models induced by Rotenone and its mechanism.Methods 24一month-old SD rats(high age group)and 12一 week—age SD rats(1ow age group)were divided into control group(saline),Rotenone treatment group(Rotenone 2 mg/kg),Estrogen treatment group(Rotenone 2 mg/kg and E2 1 mg/kg)and Tamoxifen treatment group(Rote— none 2 mg/kg,E2 1 mg/kg and Tamoxifen 1 mg/kg).Behavior tests were ca ̄ied out to observe the change of movement function,Immunohistochemistry and Western blot were used to assess the changes of TH and LC.3. HPLC-ECD was used to detect possible changes of monoamine neurotransmitters in striatum.Results 1 1 Rotenone reducgd signiifcantly old age rat’S rotarod latencies and prolonged the climbing pole time(P<0.05).E2 ameliorated this effect,Tamoxifen reduced the effect of E2.2)Rotenone sinigifcantly reduced the number of TH positive cells in 收稿日期:2015—03—02 修回日期:2015.07.03 基金项目:镇江市社会发展项目(SH2014049) 通信作者(corresponding author):sudalxz@163.corn 1352 基础医学与临床 Basic&Clinical Medicine 2015.35(10) high age rats(P<0.05),E2 pa ̄ly restored TH positive cell loss,Tamoxifen reduced this effect of E2,SO did the ex- pression of TH protein.3)Rotenone increased the expression of LC一3(尸<0.05),E2 did not affect the expression of LC一3,SO did Tamoxifen.4)Rotenone signiifcantly decreased the level of DA and its metabolite DOPAC(P<0.05), elevated the level of 5一HT especially in old rats(P<0.05).E2 downregulated the influence,and Tamoxifen reduced the effect of E2.5)Rotenone increased the number of autophagosomes,but E2 increased the propo ̄ion of autolyso— somes/autophagosomes.Conclusions Old age rat PD model was more reliable.Estrogen promoted autophagy ma— ture,and had obvious therapeutic effect on rat PD model induced by rotenone. Key words:estrogen;Parkinson’s disease;age;autophagy 帕金森病(Parkinson disease,PD)主要病理变化 是中脑黑质。纹状体多巴胺能神经元变性、丢失。 PD细胞模型予以适当浓度的雌激素(estrogen,E2) 可有效减少细胞损伤,促进黑质神经元的存活,机制 之一在于通过ERK途径调节自噬,促进自噬成熟。 为E2有望成为消除脑老化和治疗神经变性疾病的 候选药物提供了重要的依据 j。然而对于腹腔注 射E2对不同年龄组PD动物模型起到治疗的特点 和机制尚不够明确,本研究旨在采用腹腔注射给药 对E2作用于鱼藤酮诱导的PD大鼠模型产生的影 响及其机制进行研究。 1材料与方法 1.1材料 鱼藤酮、雌激素、鼠抗B.actin抗体、他莫昔芬、 兔抗Lc一3抗体和HPLC—ECD标准品(Sigma公司); Bradford BCA(Pierce公司);兔抗TH抗体和HRP 标记的抗大鼠IgG(Chemicon公司);HRP标记的抗 兔IgG及化学发光底物LumiGLO(Cell Signaling Technology公司);RIPA蛋白抽提液(申能博彩公 司);抗兔生物素ABC试剂盒和DAB显色试剂盒 (Vector公司);HPLC级甲醇(英国BDH实验室); 其余均为国产分析纯试剂。 1.2方法 1.2.1 动物分组和处理:雄性12周龄SD大鼠40 只,平均体质量250 g,24月龄大鼠4O只,平均体质 量500 g[SPF级上海西普尔BK实验动物有限公司 提供合格证号:SCXF(沪)2013-0007]。80只大鼠 随机分为8组:分别为低龄组(young)4组和高龄组 (old)4组,每组10只。对照组(con):0.9%NaC1 溶液1.5 mL;鱼藤酮处理组(R):鱼藤酮溶液1.5 mL(2 mg/kg);雌激素治疗组(R+E):鱼藤酮溶液 0.75 mL(2 mg/kg),雌激素0.75 mL(1 mg/kg);他 莫昔芬处理组(R+E+T):鱼藤酮溶液0.5 mL (2 mg/kg),雌激素0.5 mL(1 mg/kg),他莫昔芬注 射液0.5 mL(1 mg/kg);腹腔注射时,以2 mL注射 器刺破腹部皮肤,缓慢推注液体,共3 d。在最后1 次注射后8 d处死动物,断头取脑。一半冰上快速 分离大鼠中脑,分离中脑腹侧约1 mm×1 mm× 1 mm组织块用于电镜观察,剩余部分左侧用于 Western blot;右侧用于免疫组织化学染色;一半冰上 快速分离大鼠纹状体用于HPLC-ECD法检测单胺 类递质改变。 1.2.2行为学检测:分别在造模前、后第3天对各 组大鼠进行行为学评定。所有行为学检测均在一恒 温、固定布局、安静并光照充分的房间进行。并固定 由两名实验者进行,一人负责仪器操作,另一人负责 记录。1)转棒耐力检测:转棒速度为8周/分,将大 鼠置于直径15 am的旋转圆棒上,记录大鼠被置于 棒上至跌落的时间(潜伏期),每只大鼠重复测3 次,每次间隔5 min,取平均值。测试前每只大鼠进 行2次适应性训练。2)爬杆检测:测试前引导大鼠 自杆顶爬下至桌面两次,测试时将大鼠头端向下置 于杆顶(注意杆子用绳子缠好,保证有足够的摩擦 力),记录大鼠由50 am高度爬至杆底平面的时间, 每只大鼠测3次,每次间隔5 min,取平均值,爬杆稍 倾斜,角度80。。 1.2.3免疫组织化学染色:冰上快速取出中脑组织 后固定于4%多聚甲醛+2%蔗糖中4—6 h,然后浸 于30%蔗糖中待组织块沉底后,OCT包埋后冰冻切 片机行中脑连续冠状切片,层厚5 m,采用ABC (avidin biotin.peroxidase complex)法染色,按说明书 操作,显微镜观察拍照。 1.2.4 Western blot检测:取同等重量左侧中脑组 眭晨燕雌激素对不同年龄组帕金森病大鼠的影响及其机制 1353 织。1)蛋白抽提:取组织冰上按100 mg:1 n/『 加入 RIPA溶液,匀浆(5 S X 7次),冰上静置30 min, 4℃,2 000 r/min离心30 min,弃沉淀,取上清液,混 匀,一20℃保存备用。2)蛋白印迹:取各组蛋白质 10 g,行SDS—PAGE电泳;电转膜,5%脱脂奶粉封 闭后加入稀释好的一抗TH、B—actin、LC一3抗体;4℃ 孵育过夜,次日分别加入二抗,室温孵育1 h后行化 学发光法显示结果。3)图象扫描与灰度测定:扫描 底片后,用IMAGE J图像程序分析软件分析免疫印 迹蛋白条带灰度值,两组间目的蛋白条带与同一样 品B—actin的比值进行比较。 1.2.5 高效液相色谱一电化学检测仪(HPLC— ECD)检测单胺类递质:取分离的同等重量纹状体组 织,加人100 L的0.1 moL/L的高氯酸制成匀浆 (8.0 microns,10 S,3次),12 000 r/min,4℃离心, 2次取上清液,上液相系统,检测NE、E、DA、 DOPAC、HVA和5-HT的含量。用BASChrom Graph 1 15101色谱控制分析系统进行数据分析。 1.2.6透射电镜检查:取中脑腹侧约1 mm x 1 mm x1 mm大小的组织块,放人4%戊二醛中;4%戊二 醛及1%锇酸双重固定。丙酮逐级脱水,树脂包埋。 LKB一1型切片机做超薄切片,厚度为50 nm。柠檬 酸铅染色;透射电镜观察SD大鼠纹状体神经元中 自噬体的形成和溶酶体激活、摄片。 1.3统计学分析 应用SAS6.12软件分析,实验数据均采用均 数±标准差( ±s)表示。多组间比较先行方差齐性 检验:方差齐者进行方差分析;方差不齐者进行成组 秩和检验。 2 结果 2.1动物的行为学检测 所有鱼藤酮注射大鼠第2天即有捕捉时反抗动 作减少的现象,并逐渐出现主动活动减少,动作迟 缓,全身抖动,嗜睡;皮毛及尾巴伸直,弓背状姿势等 PD症候群特征。随着注射天数增加活动减少程度 加重。高龄组出现肌肉震颤,四肢僵直等类PD症 状;毛色逐渐发黄、变脏、有竖毛现象;其中部分大鼠 还出现阵挛性惊厥,全身肌紧张、匍匐、呼吸急促。 低龄组则未见明显肌肉颤动和惊厥表现,并且在最 后1次注射后3 d开始运动能力缓慢好转,自主活 动明显增多。但高龄组大鼠在最后1次注射后运动 能力进一步下降,2周也未见明显好转。鱼藤酮明 显缩短高龄组转棒潜伏期,延长爬杆时间(P< 0.05);雌激素减弱鱼藤酮毒性作用,表现为转棒潜 伏期延长,爬杆时间缩短(P<0.05);他莫昔芬减弱 雌激素作用,表现为爬杆时间明显延长(P<0.05)。 爬杆时间高龄组明显慢于低龄组;部分大鼠甚至时 常从杆上滑落(表1)。 表1不同年龄和干预对大鼠行为学的影响 Table 1 The effect of different age and intervention on the behavior of rats(i± ,n=10) <0.05 compared with con group: <0.05 compared with R group <O.05 compared with R+E group. 2.2 TH和LC-3的表达 1)免疫组织化学染色结果:鱼藤酮明显降低高 龄组TH阳性细胞数(P<0.05),雌激素治疗后TH 阳性细胞增多(P<0.05),但少于对照组(P< 0.05),他莫昔芬减轻雌激素作用(P<0.05)(图1, 表2)。2)Western blot结果:鱼藤酮显著减少TH表 达(P<0.05),雌激素处理增加TH表达(P< 0.05)。他莫昔芬减轻雌激素作用,高龄组更明显 (P<0.05)。鱼藤酮明显增加Lc一3表达(P< 0.05),雌激素和他莫昔芬对LC一3表达影响不大 (图2,表3)。同低龄组相比,高龄组中脑黑质区域 神经元明显减少,较低龄组对鱼藤酮更敏感,更易受 损,雌激素的保护作用更明显,他莫昔芬减轻雌激素 作用。 2.3纹状体单胺类递质的改变 低龄组单胺类递质基础水平比高龄组高,提示 神经递质水平可能发生随龄性下降,或者高龄组代 谢水平偏低;多巴胺(dopmaine,DA)及其代谢产物 二羟苯乙酸(3,4-hydroxy.phenylacetic acid,DOPAC) 1356 基础医学与临床 Basic&Clinical Medicine E2可以使女性PD患者在运动效应中获益 。自 噬水平正常可以保护细胞抵御不良刺激,自噬异常 导致疾病的发生。溶酶体功能和自噬效率发生随年 问存在着密切联系。本研究利用行为学检测方法, 对24月龄和l2周龄SD大鼠在选择性DA能神经 毒性物质鱼藤酮处理前、后的运动功能变化作了系 统观察。并研究雌激素(estrogen,E2)对不同年 龄大鼠保护作用及作用机制。 研究发现24月龄大鼠对鱼藤酮耐受性较低, 龄性下降,为老年人中PD发生率较高提供了一定 的理论依据 。自噬触发受MAPK/ERK和P38信 号途径调节。ERK途径与自噬成熟相关 。E2及 运动功能障碍更明显,且运动障碍代偿能力低。但 E2在低龄鼠的保护作用不如高龄鼠明显,可能由 其受体参与MAPK/ERK信号调控。本研究发现老 化和鱼藤酮均诱导黑质神经元内自噬体形成和溶酶 于低龄鼠体内E2的基础水平高于高龄鼠,同样剂 量的E2对高龄鼠的影响相对较大。为进一步探讨 行为学变化的病理基础,了解DA代谢状况,本研 究对纹状体单胺类递质检测结果发现鱼藤酮减少 DA及其代谢产物DOPAC含量,E2治疗后DOPAC 含量升高,与对照组无明显差异。是否这种递质的 含量变化就一定与对DA能神经元的治疗作用相平 行?答案可能是否定的 。而黑质TH阳性细胞数 亦表现 随龄性减少。一般认为,黑质TH阳性神 经元的多少可以反映黑质DA能神经元的水平。暴 露于鱼藤酮后,24月龄大鼠TH阳性细胞数下降程 度更明显,与行为学观察结果相一致,即相同剂量 的鱼藤酮在高龄个体产生更为明显的病理学损害和 行为学改变 』。研究表明,高龄个体血一脑脊液屏 障通透性增加,线粒体功能发生衰退以及氧化应激 持续增高 ,导致其对鱼藤酮高度易感,从而产 生更为严重的类PD症候群。 流行病学研究发现PD在男性中发生率较高, 参考文献: [1]Smith AW,Bosch MA,Wagner EJ,et a1.The membrane estrogen receptor ligand STX rapidly enhances GABAergic signaling in NPY/AgRP neurons:role in mediating the an— orexigenic effects of 1713一estradiol[J].Am J Physiol En— docrinol Metab,2013,305:E632一E640. 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[3]Steyn SJ,Castagnoli K,Steyn S,et a1.Selective inhibi— tion of MAO.B through chronic low—dose(R)一deprenyl treatment in C57BI/6 mice has no effect on basal neostria— 体数量增加,E2治疗后自噬体与溶酶体融合增多, 自噬溶酶体/自噬体比例增高。研究发现E2的神 经保护作用是与MAPK/ERK信号途径的激活有关, 在阿尔茨海默病中,E2激活MAPK/ERK信号途 径,减少B.淀粉样蛋白沉积,介导神经保护和认 知修复功能 9 J。在PD细胞实验中E2能通过介导 ERK的磷酸化调节自噬途径来抑制SHSY5Y细胞 自噬性死亡¨ 。本研究发现E2虽未能明显上调 LC一3的表达,但促进自噬体转化为自噬溶酶体, 上调自噬溶酶体/自噬体的比例,促进自噬成熟, 减少多巴胺能神经元的损害。 本实验通过鱼藤酮构建不同年龄组大鼠PD模 型,然后腹腔注射E2对其进行治疗和机制进行r 系统的研究,从行为学、DA代谢和形态学方面探 讨了老化作为PD危险因素在该病的发生发展中起 重要作用,提示高龄大鼠更适合制作PD模型;同 时进一步证实了E2通过调节自噬,促进白噬成 熟,从而促进多巴胺能神经元的存活。 眭晨燕雌激素对不同年龄组帕金森病大鼠的影响及其机制 1357 [7]Kroemer G.Autophagy:a druggable process that is deregu— lated in aging and human disease[J].J Clin Invest, 2015.125:l一4. motes non--amyloidogenic processing of platelet amyloid pre-- cursor protein via the MAPK/ERK pathway[J].J Steroid Biochem Mol Biol,2014,144:280—285. [8]Li XZ,Sui CY,Chen Q,et a1.Promotion of autophagy at the maturation step by IL一6 is associated with the sustained mitogen—activated protein kinase/extracellular signal—regula— [10]Barbati C,Pierdominici M,Gambardella L,et a1.Cell surface estrogen receptor Alpha is upregulated during sub— chronic metabolic stress and inhibits neuronal cell degen— ted kinase activity[J].Mol Cell Biochem,2013,380: 219—227. eration[J].PLoS One,2012,7:e42339.doi:10. 1371/journa1.pone.0042339. [9]Shi C,Zhu X,Wang J,et a1.Estrogen receptor 0I pro— 新闻点击 食用低脂肪酸奶可减少2型糖尿病风险 据英国《BBC新闻》(BBC NEWS)2014年2月9日报道,英国剑桥大学的科学家发现,食用各种类型的低脂肪酸奶 以及某些低脂肪奶酪可以降低2型糖尿病风险。和不喝酸奶的人相比,食用低脂肪酸奶的人罹患2型糖尿病的风险下降 28%。这篇文章发表在欧洲糖尿病研究协会会刊《糖尿病学》(Diabetologia)上。 该论文主要作者法鲁西医生(Nita Forouhi)认为,此项研究显示某些食物在预防2型糖尿病上可能有重要功能,和公 共健康息息相关。奶制品是重要的蛋白质、维生素和矿物质来源。但同时,它们又含有饱和脂肪,而目前饮食专家建议不 要大量摄取。而应选用那些低脂肪的奶制品。 早期治疗抑郁症有益心脏 据美国WebMD医学新闻网(2014-02-09)报道,最新研究指出,早期治疗抑郁症有助于降低心脏病发作与脑卒中的 风险。 研究人员评估235位诊断为抑郁症的年长者,将患者随机分为服用抗抑郁剂与心理疗法,或是由医生决定的标准疗法。 所有患者在研究开始时都没有心脏病的迹象。 依据8年的研究结果显示,相较于使用标准疗法的患者来说,接受抗抑郁剂与抑郁症治疗的患者心脏病发作或脑卒中 的风险减少约1/2。 印第安纳大学与普渡大学印地安纳波里斯分校的心理学助理教授Jesse Stewart认为,这篇研究最后应该会产生预防心 血管疾病的新方法。 然而,抑郁症与生理变化有关。那些有抑郁症的人可能会吸烟、较少运动、饮食不良或是较少服用药物,这些行为都 可能增加心脏病发作或脑卒中的风险。 有专家表示,医生们在讨论到第一次心脏病发作时,只会考虑到五大风险因素,高血压、吸烟、糖尿病、胆固醇以及 家族史,但不能忽略其他因素,例如久坐、压力以及忧郁等身心失调的问题。 这篇研究刊登在身心医学(Psychosomatic Medicine)期-71】上。