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目的:肌萎缩侧索硬化(amyotrophic lateral sclerosis,ALS)是一种慢性进行性神经系统变性疾病。它的主要病理改变是选择性地损伤运动神经元(包括大脑皮层运动神经元、脑干运动神经核和脊髓前角运动神经元)。临床表现为缓慢进展的四肢无力,逐渐丧失运动功能,累及呼吸肌,多于发病3-5年死亡。ALS可分为家族型肌萎缩侧索硬化(Familial Amyotrophic Lateral Sclerosis,FALS)和散发型肌萎缩侧索硬化(Sporadic Amyotrophic Lateral Sclerosis,SALS),90%以上为散发型,不足10%为家族型。
目前该病病因不清,尚无切实有效的治疗方案。在ALS发病机制中存在着多因素的相互作用,包括氧化应激和自由基的损伤、谷氨酸兴奋毒作用、线粒体功能异常、营养因子缺乏、神经丝聚集、免疫异常等。较为重要的是谷氨酸兴奋毒性和氧化应激自由基的损伤,其中氧化应激被认为是各种原因诱发的神经变性疾病的最终通路。目前ALS治疗方向主要包括兴奋性氨基酸拮抗剂、抗氧化剂、神经营养因子、基因治疗、免疫治疗、以及干细胞移植治疗等方面。针对氧化应激这一发病环节,在ALS的治疗中开始应用一些外源性抗氧化剂如N-乙酰半胱氨酸、维生素E、褪黑素等。这些外源性抗氧化剂在体外或体内实验中表现出了一定程度的神经保护作用,但疗效并不满意。另一个可能抵抗氧化应激的有效治疗策略,就是通过化学诱导剂诱导一系列内源性抗氧化酶、抗氧化蛋白的表达,发挥协同的强大的抗氧化作用。国内外资料证实,已明确基因的二相酶有20余种,通过某一共同的通路,这些酶起到多方面的抗氧化作用,并且可以被许多化合物所诱导。在这一通路上,一段共同的调节序列被命名为抗氧化反应元件(antioxidant response element,ARE),ARE对包括二相酶NQO1在内的抗氧化酶基因的构成和诱导起到了非常重要的作用。二相酶诱导剂可以通过影响ARE途径,促进转录因子Nrf2(NF-E2-related factor2)与ARE结合,进而上调抗氧化酶的基因,促进二相酶的表达。二烯丙基三硫化物(diallyl trisulfide,DATS)是大蒜中的提取物,大蒜中含有丰富的水溶性和脂溶性有机硫化物,这些有机硫化物的主要成分是二烯丙基硫化物(diallyl sulfide,DAS),二烯丙基二硫化物(diallyl disulfide,DADS)和二烯丙基三硫化物(diallyl tirsulfide,DATS)。DATS是这三种成分中活性最强的,也是应用最广的。最初被认为具有抗癌,防癌的作用,现已肯定它可以诱导二相解毒酶和诸多抗氧化蛋白的表达,提高细胞的抗氧化能力,从而具有潜在的治疗神经变性疾病的作用,值得研究推广。我们选用此类化合物应用于ALS的体外器官型脊髓片培养模型,对运动神经元的存活数量进行观察,探讨其对运动神经元损伤是否存在保护作用。
方法:实验动物选用7日龄的SD乳鼠快速断头,在无菌条件下迅速取出脊髓,用活组织切片机切成350μm厚的薄片,放置于6孔培养板内的Millipore Millicell-CM insert上,每个insert上放5片,入CO2培养箱(37℃,5%CO2、95%空气)。经过1周的损伤恢复期后,在培养液中加入谷氨酸转运体抑制剂苏-羟天冬氨酸(THA),升高细胞间隙谷氨酸浓度,造成脊髓前角运动神经元特异性损伤,制备成ALS体外器官模型。在此基础上,将不同浓度的DATS(分别为5、10、25、50umol/L)加入培养液中干预两天后,通过westernblot检测二相酶NQO1的上调情况并测定培养液中乳酸脱氢酶(LDH)及丙二醛(MDA)含量,选取可以上调二相酶同时对脊髓片又无毒性作用的合适浓度。之后,脊髓片随机分为正常对照组、模型组(100 umol/L THA)和二相酶诱导剂DATS提前干预组。用神经元的特异性抗体SMI-32组化染色,对脊髓前角运动神经元进行鉴定、计数,western blot观察二相酶NQO1上调情况。
结果:用不同浓度DATS干预两天后培养液中乳酸脱氢酶(LDH)及丙二醛(MDA)含量与正常对照组没有明显差异,且50umol/L的DATS可以上调二相酶NQO1的水平。此外,正常对照组脊髓片体外生长良好,面积逐渐增大,两侧前角共有15-20个左右的运动神经元。THA模型组脊髓片在体外生长不良,与对照组相比,前角运动神经元数明显减少(P<0.05)。而50umol/L的DATS提前干预组脊髓片生长与正常对照组相近,与模型组相比前角运动神经元数明显增加(P<0.05),并且与正常对照组相比可以上调二相酶NQO1的水平。
结论:二相酶诱导剂DATS可以在一定程度上保护THA引起的运动神经元损伤,可能是通过活化ARE通路,进而上调一系列强有力的抗氧化基因,从而减轻有毒物质对细胞的损伤,提高细胞对自由基的抵抗能力,为肌萎缩侧索硬化的治疗提供新的前景。