细菌脂多糖诱导活性小胶质细胞对少突胶质细胞前体的毒性作用

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中国组织工程研究与临床康复筹74孝第45躬 2010—11—05出版 Journal of Clinical Rehab at e Tissue Engineering Research November s 2010 VoL 14.No.45 细菌脂多糖诱导活性小胶质细胞对少突胶质细胞前体的毒性作用木 何亚芳,陈惠金,钱龙华,陈冠仪 Toxicity of lipopoIysaccharide-induced activated microglia to oligodendrocyte precursor cells He Ya-fang,Chen Hui-jin,Qian Long-hua,Chen Guan—yi Abstract Shanghai Institute fo Pedia仃ic Research Xinhua Hospital A币liated to Shanghai Jiao Tong Universi~ SchooI of Medicine. Shanghai 200092, China He Ya-fang. Researcher-in, training.Shanghai Institute for Pediatric Research。Xinhua Hospital Affiliated to Shanghai Jiao Tong University SchooI of Medicine,Shanghai 200092,China yfr1314@163 corn Correspondence to: Chen Hui-jin.Master, Chief physician, DoctoraI supervisor, Shanghai Institute for Pedia”ic Research Xinhua Hospital Affiliated to Shanghai Jiao Tong University SchooI of Medicine, Shanghai 200092. China hjchenk@online sh cn Supported by:the NationaI Natural Science Foundation ofChina No 30672246* Received:2010.06.08 Accepted:201O一08—16 8394 BACKGRoUND:Studies have confirmed that localized activation of microglia.however.has been implicated in the pathogenesis of a number of neurological diseases and disorders,such as multiple sclerosis and periventricuIar Ieukomalacia(PVL) OBJECTIVE:To explore the toxicity of lip0poIysaccha—de(LPS).induced activated—microglia to oligodendrocyte precursor cells. METHODS:Co—cultured microglias and oligodendrocyte precursor cells obtained from two.day—old Sprague-Dawley rats were divided jnto the co—cultured controI group and the co—cultured LPS group.After co—cultured cells were induced by LPS(1 00 pglL) f0r 48 hours,the concentration of nitric oxide was measured by nitric acid—deoxidize colorimetry;lhe generated Ievels of fO2一)were determined by deoxidize colorimetry;the Ievels of peroxynitrite(ONOO。)were detected by immunocytochemist ̄.The morphologic changes of death oligodendrocyte precursor cells were observed using Hoechst 33342/propidium iodide staining and the survivaI rate of oligodendrocyte precursor cells was detected by flow cytometry. RESULTS AND CONCLUSlON:Compared with co—cultured control group.the Ievels of nitric oxide。O2 and ONOO increased significantly in co—cultured LPS group.and with a higher apoptotic rate of oligodendrocyte precursor cells.1t is validated/n v#ro that the death pathway of LPS—induced activated—microglia to 0liq0dendrOcyte precursor cells involves in LPS—induced microglia activation,impels microglia to express inducible nitric oxide synthase and to activate NADPH oxidase,results in the overproduction of nitric oxide and 02一,which further forms ONOO.a primary toxic factor to oligodendrocyte precursor cells.finally leads to oligodendrocyte precursor cells death. He YF,Chen HJ,Qian LH,Chen GY Toxicity of Iip0pOIysaccharide—induced activated microglia to oligodendrocyte precursor ceils: in vitro study.Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu yu Linchuang Kangfu.2010;14(45):8394—8398. 【http://www.crter.cn http://en.zglckf.com】 摘要 背景:已有实验证实,脑白质病变如多发性硬化症和脑室周围自质软化等一些神经病变的发病机制,均涉及到局部小胶质细 胞的激活。 目的:探讨细菌脂多糖诱导活性小胶质细胞对少突胶质细胞前体的毒性作用。 方法:取2 d龄SD大鼠脑内小胶质细胞和少突胶质细胞前体共培养,分为共培养对照组和共培养脂多糖组。对共培养细胞 经脂多糖100 pg/L诱导48 h,分别应用硝酸还原比色法检测一氧化氮含量,还原.比色法检测超氧阴离子含量,免疫细胞染 色法检测过氧亚硝酸盐含量,Hochest33342/PI荧光染色法观察细胞死亡的形态学改变,以及流式细胞仪检测细胞成活率。 结果与结论:与共培养对照组比较,脂多糖诱导导致共培养细胞内一氧化氮、超氧阴离子、过氧亚硝酸盐含量均明显增加, 少突胶质细胞前体的凋亡率亦显著增加。通过体外观察,确认脂多糖诱导少突胶质细胞前体的死亡通路,是由于脂多糖诱导 小胶质细胞激活,导致小胶质细胞表达一氧化氮合酶和活化NADPH氧化酶,致使其产物一氧化氮和超氧阴离子大量生成, 两者进一步反应生成大量的毒性因子过氧亚硝酸盐,作用于少突胶质细胞前体,从而导致少突胶质细胞前体的死亡 关键词:少突胶质细胞前体:小胶质细胞:脂多糖:过氧亚硝酸盐:毒性作用 doi:10.3969 ̄.issn.1673-8225.2010.45.009 何亚芳,陈惠金,钱龙华,陈冠仪 细菌脂多糖诱导活性小胶质细胞对少突胶质细胞前体的毒性作用【J】.中国组织丁程研究与 临床康复,2010,14(45):8394-8398. 【http://www.crter.org http://cn.zglckf.com】 O 引言 近年来,流行病学资料和实验动物研究均 显示,感染炎症在脑室周围白质软化 fperiventricular leukomalacia,PVL)的发病机 制中占了相÷‘j比例【] J。脂多糖是细菌外膜的主 要构成成分,具有强力的自然免疫诱导活性。 动物实验中,对新生小猫全身应用脂多糖,或 对新生大鼠肭内、子宫内或通过胎盘注射脂多 糖,均可产生与人类早产儿相似的脑白质损伤。 临床上母亲炎症或胎儿中枢神经系统感染,其 新生儿出生后脑瘫的发生率可明显增加 J。 小胶质细胞(microglia,MG)是中枢神经系 统常驻的巨噬样细胞,对免疫攻击反应高度敏 感,在中枢神经系统的先天免疫反应中发挥核心 作用,是脑内抵御病原微生物和损伤的第一道防 线 。正常情况下,腑内MG处于静止状态,主 要起营养支持作用,并通过细胞外基质成分、可 溶性因子的释放以及细胞与细胞间的连接,促进 神经元亚单位的迁移以及轴突生 ⅢJ。当脑组 织受到炎症、感染等的刺激时,MG很快转化为 RO.Box 120&Shenyang 110004 cn zglckf.

com 伺砭芳 等 细菌鞲多糖诱导话性小皎露细瞻对少突皎碾镪匏裁体的毒牲作甬 激活状态,并执行其天然免疫功能,包括炎症 的诱导,细胞毒性作用以及通过抗原提呈作用 对T细胞反戍的调节等【11.’ 。激活的MG释放炎 性因予,如肿瘤坏死因予a、v,白细胞介素1, 6等,并生成活性氧和活性 协¨】。尽管激活的 MG对于抵御外源性的攻击起到一定的作用,但 过度激活常常伤及无辜,介导周围细胞如神经 元或神经胶质细胞的损伤甚至杀死细胞。 相关实验显示,感染冈素诱导小胶质细胞 激活,可导致少突胶质细胞(oligodendrocyte, OL)前体的死亡,而由一氧化氮和O2反应后所 生成的过氧亚硝酸盐(Peroxynitrite,ONO0一)则 被认为是导致OL前体死亡的主要毒性因子I J。 应用选择性的抑制剂或清除剂除去一氧化氮和 O2一,均能显著抑制脂多糖诱导的OL前体凋 ; 而应用特异的ONO0 分解催化 ̄IJ(FeMPYP), 在不影响…氰化氮含量的条件下,则能完全阻 断脂多糖诱导的OL前体凋亡【 。Czapski ̄.[’7】 比较了炎症条件下3种…氧化氮合酶的表达和 活力,发现…’氧化氮合酶足病理条件下一’氧化 氮的主要来源。分离f…氧化氮合酶缺失小鼠 的小胶质细胞,在受到脂多糖诱导刺激后,不 能表达…氧化氮合酶和产生NO。NADPH氧化 酶在小胶质细胞为’一种静止酶,其组合元件分 散在细胞质和细胞膜上,在小胶质细胞被激活 后,位_r其细胞质的元件(P40PHOX、 P67PHOX)等可移位到膜上,和膜相关元件 (P91PHOX、P22PHOX)集合,形成活性的酶 复合物,从而催化活性氧和过氧化物的生成。 Li等【1 用高度纯化的培养细胞,发现小胶质细 胞是唯…表达包膜gp-91和胞质gp一67成分的细 胞。用脂多糖刺激缺失gp.91的小胶质细胞,并 不能表达活化的NADPH氧化酶,也不能检测到 明显升高的超氧『jJj离了。因此,…氧化氮合酶 和NADPH氧化酶足生成一氧化氮和超氧阴离 子的主要分子来源。感染因素诱导小胶质细胞 激活,促使…氧化氮合酶表达上调 ̄[INADPH氧 化酶激活,是导致OL前体死亡的关键原因,其 产物一氧化氮和超氧阴离子反应所生成的 ONOO。则是导致OL前体死亡的直接毒性物质。 近年来,母胎感染,炎症导致PVL的感染学 说正在得到普遍认可。在感染诱导MG激活、导 致OL前体死亡的通路中,由一氰化氦合酶产生 的一氧化氮和由NADPH氧化酶产生的超氧阴 离子,两者反应所生成的ONOO‘,被认为足导 致OL前体死亡的主要毒性因予I 剐。实验在成 功制备、纯化和培养OL前体和MG的基础上二, 应用细蒲脂多糖对共培养OL前体 ̄1]MG进行诱 导刺激,以期通过体外研究对脂多糖诱导活性 MG导敛OL前体的死亡通路进行确认。 1材料和方法 设计:动物实验,体外观察。 时间及地点:于2008—08/2009-02在上海 变通大学医学院附属新华医院中心实验室完 成。 材料:取出生2 d的健康SD新生大鼠200 只,雌雄不限,清浩级,购白上海西普尔一必 凯实验动物公司,动物生产许可证号:SCXK (沪)2003—0002;动物使用许可证:SYXK(沪) 2003—003。实验过程中对动物的处置符合动物 伦理学标准I19]。 主要仪器及试剂: 试剂及仪器 来源 DMEM,F12高糖培养基 胎牛血清(FBS) 脂多糖、多聚赖氨酸及其它细胞 培养试剂 FITC.IB4单克隆抗体 一氧化氮检测试剂盒 一氧化氮合酶多克隆抗体 04单克隆抗体 抗3-NT多克隆抗体 Annexin V/PI Tran ̄ell共培养系统 美国GtBCO公司‘ 美国Hyclone公司 美国Sigma公司 美国Vector公司 南京建成生物研究所 美国Stressgen公司 美国R&D公司 美国Upstate公司 美国Bender 上海吉泰生物科技 有限公司 方法: MG和OL前体的共培养、脂多糖诱导及分组: 取培养2 d的新生人鼠MG和OL前体,在 Transwell共培养系统中进行共培养,将MG)J[I 入Transwell上室,OL前体加入下室。Transwell 上下室之问有…层孔 为0.4 um的半透膜相 隔,共培养的上卜室细胞之问没有物理接触, 但营养成分可以自由通过。分为共培养对照组 和脂多糖组:脂多糖组在Transwell上室内加入 内加入脂多糖100 pg/L,对照组则在Transwell 上室内加入等量的DMEM/F12培养基,分别在 Transwell下室内加入无血清化学条件培养基 进行孵育。孵育48 h后,分别收集各组培养液 上清和细胞蛋白进行相关检测。 检测方法: 硝酸还原一比色法检测一‘氧化氮:…氧化 氮化学性质活泼,生理条件下细胞内所产生的 一氧化氮,大多能很快反应生成亚硝酸盐。实 上海交通大学医 学院附属新华医 院,上海市儿科医 学研究所,上海市 200092 何亚芳,女,1983 年生,江西省瑞昌 市人,汉族,上海 市儿科医学研究 所围产研究室,实 习研究员,主要从 事早产儿脑损伤 的发病机理与防 治研究。 1314@ 163.com 通讯作者:陈惠 金,硕士,主任医 师,博士生导师, 上海市儿科医学 研究所围产研究 室,上海市 200092 hjchenk@online. sh.cn 中图分类号:R394 2 文献标1只码:A 文章编号:1673-8225 (2O’0}45-08394-05 牧稿日期:20104)6-08 修回日期:2010-08-16 (20100608009/D・Q)