GLUT1调节小胶质细胞M1型极化在应激致空间学习记忆障碍中的作用

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目的:通过建立慢性不可预见性温和应激(Chronic unpredictable mild stress,CUMS)模型,观察小胶质细胞极化类型和应激小鼠空间学习记忆能力,探索应激是否通过改变小鼠脑内糖代谢状态诱导小胶质细胞M1型极化进而对空间学习记忆产生影响,旨在为应激性空间学习记忆障碍的治疗提供新靶点和新策略。方法:1.小胶质细胞活化参与应激小鼠空间学习记忆能力下降进程研究。雄性健康C57小鼠,4-6周龄,随机分为Control组和CUMS组。CUMS小鼠随机暴露于9种应激源中,昼夜各一次且保证相邻两日干预方式不同,使小鼠无法预测刺激方式,共8周完成CUMS模型构建,待模型构建完成采用Morris水迷宫试验测定小鼠空间学习记忆能力的变化。随后通过免疫荧光技术观察小鼠海马组织小胶质细胞形态变化,并检测小胶质细胞M1型极化标志蛋白CD68和M2型标志蛋白CD206与小胶质细胞标志蛋白Iba-1共标记情况。然后通过实时定量PCR(Quantitative real time polymerase chain reaction,Q-PCR)检测M1型标志物CD68、IL-6、IL-1β和TNF-α以及M2型标志物CD206、IL-10、Arg-1和Ym1的m RNA表达。此外采用酶联免疫吸附剂测定法(Enzyme linked immunosorbent assay,ELISA)检测炎性因子IL-6、IL-1β和TNF-α分泌水平。最后腹腔注射米诺环素干扰小胶质细胞活化后,检测应激小鼠空间学习记忆能力。2.高糖在小胶质细胞M1型极化中的作用研究。首先采用试剂盒检测小鼠海马葡萄糖含量,PET-CT检测小鼠18F-FDG摄取情况,Q-PCR检测海马葡萄糖转运蛋白(Glucose Transporters,GLUTs)的m RNA表达,并分析海马组织炎性因子分泌水平与葡萄糖含量的相关性。然后颅内定位输注0.3μL葡萄糖溶液(10g/L)构建小鼠脑内高糖模型,待模型构建完成通过Q-PCR检测M1型标志物和M2型标志物m RNA表达,并采用ELISA检测海马组织炎性因子分泌水平。细胞水平上采用不同浓度的葡萄糖(0、5、10、20mmol/L)处理BV2细胞48h后,Q-PCR检测BV2细胞中M1型标志物和M2型标志物m RNA表达,并通过流式细胞术检测M1型和M2型小胶质细胞的比例。3.葡萄糖转运体1(Glucose transporter 1,GLUT1)在高糖激活小胶质细胞中的表达及作用研究。首先采用MACS磁珠分选出海马区域小胶质细胞,并通过Q-PCR检测海马区域小胶质细胞中GLUTs的m RNA表达。同时Q-PCR检测20mmol/L葡萄糖处理的BV2细胞GLUTs的m RNA表达,并通过蛋白印迹法(Western Blot,WB)和免疫荧光检测GLUT1蛋白表达。然后采用GLUT1过表达慢病毒感染BV2细胞,构建GLUT1过表达的BV2细胞系,并通过Q-PCR检测其M1型标志物和M2型标志物m RNA表达,ELISA检测其炎性因子分泌水平。采用GLUT1抑制剂STF-31和BAY-876分别干预高糖处理的BV2细胞48h后,Q-PCR检测其M1型标志物和M2型标志物m RNA表达,ELISA检测其炎性因子分泌水平。4.GLUT1在调节小胶质细胞促炎症反应中的信号传导机制研究。采用WB检测CUMS小鼠、高糖处理的BV2细胞、GLUT1过表达的BV2细胞系以及经GLUT1抑制剂干预的高糖处理的BV2细胞中NF-κB信号通路相关蛋白IκBα、p-IκBα和p65表达变化。免疫荧光标记p65蛋白和细胞核,检测p65在细胞核中表达变化。5.干扰GLUT1对应激小鼠空间学习记忆能力的影响。通过腺相关病毒(Adeno-associated virus,AAV)特异性干扰小鼠海马区域小胶质细胞GLUT1表达后,Q-PCR检测M1型标志物和M2型标志物m RNA表达,并采用ELISA检测海马组织炎性因子分泌水平。最后通过Morris水迷宫试验测定小鼠空间学习记忆能力的变化。结果:1.小胶质细胞活化参与应激小鼠空间学习记忆能力下降进程研究。Morris水迷宫实验学习期间,各组小鼠到达站台的潜伏期均逐渐缩短,但从学习第2天开始,CUMS小鼠到达站台的时间明显延长,学习适应结束后测试结果显示CUMS小鼠首次到达站台的潜伏期明显延长,且CUMS小鼠在规定3mins内进入站台次数减少,另外CUMS小鼠首次到达站台的路程为680cm明显长于对照组的83.85cm(P<0.01),即CUMS组小鼠学习记忆能力明显降低。此外研究发现CUMS小鼠海马区域小胶质的胞体明显变大,分支变短,表现为活化状态,进一步研究发现CUMS小鼠海马区域M1型小胶质细胞标志蛋白CD68荧光表达强度明显强于对照组,且与Iba-1定位一致。CUMS小鼠海马组织M1型标志物的m RNA表达增加,同时结果显示炎症因子含量也明显升高(P<0.01)。但CUMS小鼠海马区域M2型标志蛋白CD206的荧光表达强度和M2型标志物m RNA表达均无明显改变(P>0.05)。此外结果还显示米诺环素作为小胶质细胞活化抑制剂可明显抑制CUMS小鼠空间学习记忆能力损害(P<0.05)。2.高糖在小胶质细胞M1型极化中的作用研究。结果显示CUMS小鼠海马葡萄糖含量明显升高,葡萄糖摄取明显降低,且葡萄糖摄取降低主要由GLUT1 m RNA表达下降引起(P<0.01)。随后相关性分析结果显示小鼠海马中炎性因子分泌水平与其葡萄糖含量呈正相关(P<0.01)。小鼠海马内输注葡萄糖后,M1型小胶质细胞标志蛋白CD68荧光表达强度明显增强,且与Iba-1定位一致,M1型标志物的m RNA表达也明显增加,同时炎症因子含量均升高(P<0.05)。细胞水平研究结果显示20mmol/L葡萄糖可以诱导BV2细胞炎性因子分泌增加,此外M1型标志物的m RNA表达和M1型小胶细胞比例也明显升高(P<0.01)。3.GLUT1在高糖激活小胶质细胞中的表达及作用研究。结果显示CUMS小鼠海马区域小胶质细胞和高糖处理的BV2细胞中GLUT1的m RNA表达均明显升高(P<0.01)。随后研究发现GLUT1过表达慢病毒感染BV2细胞后M1型标志物的m RNA表达明显升高、CD68标记的阳性细胞数明显增多及炎性因子分泌增加(P<0.01)。此外研究还显示GLUT1抑制剂可抑制高糖处理的BV2细胞M1型标志物m RNA表达以及炎性因子分泌(P<0.05)。4.GLUT1在调节小胶质细胞促炎症反应中的信号传导机制研究。动物水平结果显示CUMS小鼠IκBα总蛋白表达明显降低,p-IκBα蛋白水平明显升高;胞浆内p65蛋白水平降低,但胞核中p65蛋白表达明显升高(P<0.01),说明应激激活了小鼠海马组织NF-κB信号通路。细胞水平研究结果显示高糖处理的BV2细胞IκBα总蛋白表达明显降低,p-IκBα蛋白水平明显升高;胞浆内p65蛋白水平降低,但胞核中p65蛋白表达明显升高(P<0.01),同时免疫荧光结果显示p65蛋白发生核移位,提示高糖激活了BV2细胞NF-κB信号通路。此外研究发现GLUT1过表达慢病毒感染BV2细胞可促进NF-κB信号通路激活,但GLUT1抑制剂可抑制高糖处理的BV2细胞NF-κB信号通路激活(P<0.05)。5.干扰GLUT1对应激小鼠空间学习记忆能力的影响。结果显示AAV特异性干扰小鼠海马小胶质细胞GLUT1能抑制CUMS小鼠海马区域NF-κB信号通路激活、M1型标志物m RNA表达及炎性因子分泌(P<0.05)。且AAV特异性干扰海马区域小胶质细胞GLUT1表达可抑制应激小鼠空间学习记忆能力损害(P<0.05)。结论:小胶质细胞M1型极化参与应激小鼠空间学习记忆能力下降进程,其可能与慢性应激促进小鼠海马中葡萄糖水平升高进而诱导小胶质细胞GLUT1过表达有关;GLUT1可通过NF-κB信号通路调节小胶质细胞M1型极化并发生炎性反应。此外干预GLUT1可有效抑制小胶质细胞M1型极化,并减轻应激小鼠神经系统炎症和学习记忆能力损害。
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