代谢型谷氨酸受体5在创伤性脑损伤中的作用及其与Homer1a的相关性研究

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创伤性颅脑损伤(traumatic brain injure,TBI)残死率高,损伤后导致一系列的病理生理改变,造成神经细胞持久性、不可逆的退行性变和机体功能障碍[1]。目前TBI后神经损伤机制尚不明确,但谷氨酸递质过度释放及其受体激活被认为是重要机制之一。在中枢神经系统中,由于代谢型谷氨酸受体(metabotropic glutamatereceptor,mGluR)分布局限,作用广泛而副作用小,被认为是治疗包括TBI在内神经系统疾病的理想靶点之一。代谢型谷氨酸受体与G蛋白偶联起到调节细胞内信号转导的作用,在神经兴奋性调节、突触前抑制和神经退行性变等病理生理过程中发挥重要作用。mGluR可分为3组:Ⅰ组mGluR包括mGluR1/5,Ⅱ组mGluR包括mGluR2/3,Ⅲ组mGluR包括mGluR4/6/7/8[2]。Ⅰ组mGluR在神经组织突触后高表达,通过激活磷脂酶C(phospholipase c, PLC),导致磷酸肌醇水解和细胞内钙超载,而Ⅱ和Ⅲ组mGluR与腺苷酸环化酶关系不密切。以往研究证实Ⅱ、Ⅲ组mGluR的激活参与了神经损伤过程,而Ⅰ组mGluR尤其是mGluR5在神经损伤中的作用尚存在争议,其机制尚不清楚。Homer是1997年发现的一类新型突触后锚定蛋白,它的一个亚型Homer1a是即早基因(immediately early gene,IEG)的表达产物,可与Ⅰ组mGluR相结合,参与调控多种细胞内信号通路。本实验通过体外培养原代神经元机械性损伤模型,研究mGluR5的神经保护作用,并初步探讨Homer1a与mGluR5的关系。实验一体外培养原代神经元细胞机械性损伤模型的建立目的建立稳定、有效的离体培养神经元细胞损伤模型,为下一步分子机制的研究奠定基础。方法离体培养原代神经元,每天观察生长情况,7d后用10μl移液器枪头划伤培养的神经元细胞造成其机械性损伤。并通过检测培养液中乳酸脱氢酶(LDH)含量来判断细胞损伤的效果。结果机械性损伤后细胞上清液LDH含量持续增高,12~24h达到高点。结论通过检测LDH活性可以证实,划伤神经元细胞具有明显的致伤作用。本实验模型操作简单,成功率高,是一种有效的细胞损伤模型,为下一步的分子机制研究提供了可靠的模型。实验二小鼠闭合性颅脑损伤模型的建立目的建立一种可靠、稳定的小鼠闭合性颅脑损伤模型,为进一步研究损伤后病理机制奠定基础。方法采用Flierl等建立的小鼠闭合性颅脑损伤模型,通过伤后脑组织含水量检测、TUNEL染色来证明该模型的致伤效果。结果采用这种模型打击后,小鼠脑含水量12h开始升高,24h后明显升高。TUNEL染色结果证实伤后12h,损伤侧周围脑组织神经细胞凋亡明显。结论通过脑含水量测定、TUNEL染色证明该模型是一种简单、有效的损伤模型,具有显著的致伤作用。实验三创伤性脑损伤后mGluR5和Homer1a的表达目的通过上述两种损伤模型,了解创伤性脑损伤后mGluR5及Homer1a的表达变化趋势。方法采用免疫印迹法(Western Blot)检测TBI后mGluR5和Homer1a的蛋白表达变化趋势。结果离体实验结果显示,对照组mGluR5表达较低,创伤后1h后表达升高后降低,24h又达到高点。对照组Homer1a蛋白表达极低,创伤后表达量明显增高,6h达到峰值,一直持续至伤后24h。在体实验结果发现,mGluR5在创伤后1h表达量高,之后降低,12h后表达增高,持续至24h。创伤后3h起,Homer1a蛋白表达明显增加,12h达到高峰,持续至伤后48h。结论mGluR5和Homer1a蛋白水平含量在TBI后表达均增加,可能在神经元损伤后发挥一定的作用。实验四mGluR5激动剂在TBI中的作用目的在上述两种TBI模型中,明确mGluR5在创伤性脑损伤中的作用。方法在神经元机械性损伤模型基础上,加入两种mGluR5特异性激动剂2-氯-5羟苯基甘氨酸(CHPG)和3-氰-氮苯甲酰胺(CDPPB),通过LDH释放率、caspase-3活性检测,研究mGluR5激动剂对神经元损伤可能具有的保护作用;通过western blot检测细胞外信号调节激酶(ERK)、c-Jun氨基末端激酶(JNK)、p38表达变化并研究这种保护作用的可能相关机制。结果机械性损伤后神经元LDH释放率和caspase-3活性增加;加入CHPG和CDPPB后明显抑制了LDH的释放和caspase-3活性,并呈剂量依赖性;Westernblot结果提示,与对照组相比,CHPG和CDPPB显著增加了ERK的磷酸化水平,而对JNK、p38的活化程度无影响。结论mGluR5激动剂CHPG和CDPPB对机械性神经元损伤具有保护作用,这种保护作用可能是通过激活ERK通路实现。实验五创伤性脑损伤后mGluR5对Homer1a蛋白表达的影响目的研究mGluR5的激动剂依赖性活性和激动剂非依赖性活性对创伤性脑损伤后Homer1a蛋白表达水平的影响。方法离体培养神经元7d,加入mGluR5抑制剂2-甲基-6-苯基乙炔基嘧啶(MPEP)和α-甲基-4-羧苯基甘氨酸(MCPG)预处理神经元1h,神经元机械性损伤模型划伤细胞;利用立体定向仪固定大鼠,在小鼠大脑皮层注射两种不同剂量的抑制剂,1h后采用闭合性颅脑损伤模型造成小鼠颅脑损伤。通过Westernblot分别检测离体和在体Homer1a蛋白表达水平的变化。结果两种不同剂量MPEP预处理后,小鼠大脑皮层和离体培养的神经元细胞中Homer1a蛋白表达水平表达明显减少,具有统计学差异;而两种不同剂量的MCPG预处理后,Homer1a蛋白表达水平的改变不明显。结论颅脑损伤后内源性Homer1a的表达增加与代谢型谷氨酸受体激动剂非依赖性活性密切相关。
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