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1、 金属硫蛋白3对快速老化痴呆模型小鼠海马CA1区神经元细胞凋亡的影响 作者：马飞煜 王凤 王虎 田贤先 张昱 【摘要】 目的 研究金属硫蛋白3(MT3)对快速老化痴呆模型小鼠(SAMP8)海马CA1区神经元细胞凋亡的影响及其机制。方法 将7月龄SAMP8小鼠随机分成6组，分为痴呆组、3种浓度的MT3组、MT1组、空白对照组。快速老化小鼠对照(SAMR1)小鼠为正常对照组。连续腹腔注射28 d后灌注取脑，进行海马CA1区原位末端标记(Tunel)试剂盒和免疫组化(SP)试剂盒染色。结果 痴呆组海马CA区神经元细胞凋亡指数明显高于正常对照组。高浓度MT3组凋亡指数最低，Bcl2蛋白表达增强，Bax
2、蛋白表达最低(P，P)。MT3组对Bax蛋白表达的抑制作用强于MT1对照组，而二组对Bcl2蛋白表达的差异不显著。结论 SAMP8小鼠海马结构存在大量神经元细胞凋亡，MT3通过减少Bax表达和增加Bcl2表达，减少细胞凋亡，并有浓度依赖关系；且作用强于MT1。 【关键词】 MT3；SAMP8；细胞凋亡；Bax；Bcl2 第一作者：马飞煜(1975)，女，主治医师，博士，主要从事脑血管病及老年痴呆的研究。阿尔茨海默病(AD)是一种神经退行性疾病，其特征性病理变化之一是脑内神经元数目的明显减少，尤其以海马结构受累最为严重。细胞凋亡是AD神经元丢失及其他病理学特征形成的主要原因。已有研究发现死后的A
3、D患者脑内存在大量凋亡神经元，并有凋亡信号分子凋亡促进基因(Bax)的高表达1，而在非痴呆老年人脑内几乎无表达。1991年，Uchida等2首次从人脑组织中分离出金属硫蛋白3(MT3)，因其只在脑内特异表达，可能具有重要的神经生理和神经调节功能。临床报道AD患者脑内MT3含量明显减少3，这就引发了许多MT3与AD发病机制的研究。快速老化痴呆模型小鼠(SAMP8)是日本Takeda等人精心培育，具有快速老化痴呆的特征，平均寿命个月46，是目前公认的比较理想的自然衰老痴呆模型。SAMP8小鼠的快速老化机制是否与神经元细胞凋亡有关，以及MT3对其海马结构细胞凋亡和相关蛋白表达影响的研究还未有报道。
4、1 材料与方法 主要实验试剂及仪器 原位末端标记(Tunel)试剂盒，兔抗鼠Bas多克隆抗体，兔抗鼠凋亡抑制基因(Bcl2)多克隆抗体，生物素化羊抗兔IgG/Biotin，DAB显色剂均由武汉博士德生物工程有限公司提供。MT3及MT1由北京大学生命科学院蛋白质工程实验室惠赠。Imagepro plus 图像分析系统(日本)。 实验动物分组 选择雄性SAMP8小鼠60只，7月龄，体重2530 g，随机分成6组：空白对照组(生理盐水)、低( mgkg-1d-1)、中(3 mgkg-1d-1)、高(6 mgkg-1d-1)浓度MT3组、MT1对照组(3 mgkg-1d-1)和痴呆组。另将雄性SAMR
5、1小鼠10只，7月龄，体重3040 g，为正常对照组。天津中医学院第一附属医院实验动物中心提供。 方法 连续28 d腹腔注射给药，停药1 d后将各组小鼠用4%多聚甲醛灌注取脑，常规梯度酒精脱水，二甲苯透明后，浸蜡，石蜡包埋制成蜡块，每只鼠海马连续发45 m片，备Tunel和免疫组化(SP)法使用。 Tunel实验方法 石蜡切片脱蜡和脱水；用4%多聚甲醛固定；100 l新配制的蛋白酶K工作溶液消化；再置于4%多聚甲醛溶液固定；加100 l平衡液缓冲，室温平衡510 min；滴加50 l TdT酶反应液；再加入50 l 2SSC溶液终止反应；用%的H2O2浸洗；滴加100 l稀释的链酶亲和素过氧化
6、物酶(StreptavidinHRP)溶液； DAB显色剂加至标本片上；去离子水漂洗；梯度乙醇浸洗；二甲苯浸洗固定，树脂封片。阴性对照在操作步骤所用到的反应液中不添加TdT酶，其余与实验组步骤相同。 SP分析 石蜡切片脱蜡和脱水；1% H2O2灭活内源性过氧化物酶；枸橼酸盐缓冲液修复抗原；正常山羊血清封闭非特异性抗原；滴加特异性一抗(兔抗鼠Bas多克隆抗体或兔抗鼠Bcl2多克隆抗体)；生物素化羊抗兔(IgG/Biotin)；滴加StreptavidinHRP溶液；DAB显色；苏木精复染，中性树脂封片。对照用聚丁二酸丁二醇酯PBS代替一抗作阴性对照。 图像分析及统计学分析 在光镜下进行观察，每张
7、切片随机选取20个高倍(400)视野，计数细胞，计算凋亡百分率，即凋亡指数(AI)，计算公式如下：AI(阳性细胞数/总细胞数)100%。数据以xs表示，用统计软件，进行方差检验和t检验。 2 结果 各组小鼠海马CA1区神经元的AI 正常对照组罕见凋亡细胞，AI为()%；痴呆组海马CA1区可见大量凋亡细胞，AI分别为()%，与正常对照组相比，差异显著(P)。低、中、高浓度MT3组的小鼠海马CA1区AI依次为()%、()%、()%，高浓度MT3组凋亡指数最低；与空白对照组AI相比，差异显著(P)。相同浓度MT3和MT1对照组小鼠海马CA1的AI分别为()、()，组间差异不显著。 Bcl2蛋白在各组
8、小鼠海马CA1区神经元中的表达 Bcl2蛋白在正常对照组组海马神经元中表达较强，IOD值较高；而在痴呆组海马神经元中表达弱，IOD值低，两组间差异显著(P)。3种浓度MT3组相比，Bcl2蛋白在高浓度MT3海马神经元中表达增强，但无统计学意义；分别与空白对照组比较，高浓度组Bcl2蛋白表达明显增强，IOD值明显增高(P)。Bcl2蛋白在MT3与MT1两组间表达差异不显著。见表1。 Bax蛋白在各组小鼠海马CA1区神经元的表达 Bax蛋白在正常对照组小鼠海马CA1区神经元表达弱，IOD值低；而在痴呆组小鼠海马神经元表达强，IOD值高，两组间差异显著(P)。高浓度MT3组IOD值是3种浓度组最低，
9、差异显著(P)；分别与对照组相比高、中浓度MT3组Bax蛋白表达显著减弱，IOD值明显降低(P)。Bax蛋白表达在MT3组明显低于MT1组(P)。表1。表1 各组小鼠海马免疫反应阳性神经元IOD(略) 3 讨论 Smale等7研究发现，AD患者脑内海马结构细胞凋亡明显增加，凋亡率要高出正常人3050倍，而正常脑内几乎没有或很少有细胞凋亡。采用Tunel等凋亡检侧技术发现，AD患者脑的易损区细胞凋亡明显增加，可见DNA断裂损伤、凋亡小体及染色质凝集等8。有关研究表明，AD脑内存在有多种凋亡病理因素，如氧化损伤、兴奋性毒性、能量代谢低下、凋亡相关基因表达、神经营养因子信息转导障碍等9，10。Bcl
10、2家族是细胞凋亡机制中重要的调节因子，Bcl2、Bax蛋白是这一家族中重要成员，对神经元的凋亡具有调控作用11。Bcl2是一种强有力的细胞凋亡抑制因子，在神经系统的发育过程，具有抑制细胞凋亡及类神经营养的作用12。Bcl2蛋白参与调控线粒体凋亡途径。而研究发现Bax可能是Bcl2家族中最重要的凋亡促进因子13。Bax蛋白受到凋亡信号刺激后，可发生构型改变，形成同源二聚体，传递凋亡信号进入线粒体外膜14，在线粒体外膜形成孔道,消除线粒体膜电位，引起细胞色素c释放，促进细胞凋亡。 本实验Tunel染色可见8月龄SAMP8小鼠海马CA1区神经元细胞核着色及碎片状DNA形成，即凋亡细胞，而正常对照组S
11、AMR1小鼠海马很少有凋亡细胞。Bax蛋白在SAMP8小鼠海马神经元中高表达，启动了SAMP8小鼠的细胞凋亡机制，经过MT3作用后表达明显减少，越高浓度MT3组Bax蛋白表达越少，说明MT3能够抑制Bax蛋白的表达，降低细胞凋亡的发生，并有浓度依赖关系。而Bcl2蛋白在SAMP8小鼠海马神经元中低表达，给予不同浓度MT3后，高浓度MT3组表达最多。说明MT3通过增强Bcl2蛋白表达，同时减弱Bax蛋白表达，减少Tunel阳性细胞，抑制细胞凋亡，促进海马神经元存活及损伤修复。相同浓度MT3与MT1组比较，Bax蛋白表达MT3组明显低于MT1组，而对Bcl2蛋白表达在二组之间差异无统计学意义。说明
12、只存在于脑组织中的MT3在抑制Bax蛋白表达发挥主要作用，而对Bcl2的影响MT1与MT3作用相差无几。 AD中存在氧化应激损伤，氧化应激损伤可引起细胞凋亡15。MT3引起Bcl2基因、Bax基因表达改变的作用机制尚不完全清楚。可能与清除自由基、抗氧化物酶类活性增强导致的Bax基因受抑制，Bcl2被激活有关。而Bcl2的表达还能够诱导内源性抗氧化功能的增强，如超氧化物歧化酶(SOD)，谷胱光甘肽过氧化物酶(GSHPx)和过氧化氢酶等酶活性增高而阻止细胞进入凋亡过程。 马飞煜等16的研究证实8月龄SAMP8小鼠海马组织存在氧化应激损伤，MT3能直接清除自由基，并使抗氧化物酶的活性增强。这可能与B
13、cl2的表达能够诱导内源性抗氧化功能的增强而阻止细胞进入凋亡过程有关。MT3清除自由基，增加抗氧化物酶类活性，也是抗细胞凋亡的原因之一。另外MT3可以增加SAMP8小鼠海马组织锌含量，从而增加抗氧化应激能力17。锌可以保护性地抵御相关细胞因子介导的氧化压力敏感转录因素的活化、炎性细胞因子的上调和内皮细胞功能紊乱，从而起到制约细胞凋亡的作用。补锌抑制反应性氧化产物生成和增加抗氧化途径的活性，发挥抗氧化作用。 【参考文献】 1 Pompl PN,Yemul S,Xiang Z,et gene expression in the brain as a function of the clinical progression of Alzheimer diseaseJ.Arch Neurol,2017；60(3):36976. 2 Uchida Y,Takio K,Titani growth inhibitory factor that is deficient in the Alzheime1 / 1
