CRT对PTSD大鼠海马Ca2+信号通路和内质网途径凋亡的影响

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创伤后应激障碍(posttraumatic stress disorder,PTSD)是指突发性、威胁性或灾难性生活事件导致个体延迟出现和长期持续存在的精神障碍,是对创伤等严重应激因素的一种异常精神反应。临床表现主要包括对创伤事件的病理性重现、对创伤相关线索的回避、持续性的高唤醒,以及对创伤经历的选择性遗忘和情感麻木。近年来,随着战争、社会暴力事件、重大交通事故和突如其来的如矿难、地震、旱涝等灾害的增多,PTSD因其发病率高、病程长、疗效差等特点严重影响人们身心健康,而备受关注。目前,对PTSD患者脑结构的研究主要集中在海马,海马是边缘系统中学习、记忆的重要部位,还是应激反应的调节中枢。内质网(endoplasmic reticulum,ER)是细胞内加工蛋白质和贮存C2+的主要场所,对应激极为敏感。各种内外源性损伤都可能导致内质网的折叠功能紊乱,出现错误折叠蛋白和未折叠蛋白在内质网腔中聚集以及Ca2+平衡紊乱,引起内质网应激(endoplasmic reticulum stress,ERS)。   钙网蛋白(calreticulin,CRT)是存在于内质网腔中的Ca2+的结合蛋白,是调节细胞内Ca2+稳态和协助蛋白质正确折叠的伴侣蛋白,确保正确折叠的蛋白质能转运至高尔基体、分泌到细胞外,而错误折叠的蛋白质则截留在内质网中直至正确折叠,否则被降解。PTSD可以导致细胞内游离Ca2+浓度升高,Ca2+平衡失调,引起ERS,出现错误折叠蛋白和未折叠蛋白在内质网腔中聚集。CRT参与Ca2+超载和ERS的调节,减轻细胞损伤,若不能及时恢复,进一步激活内质网途径凋亡的启动因子caspase-12,引起内质网途径细胞凋亡。细胞凋亡是细胞程序性死亡中的一种,又称为caspase依赖性凋亡途径,分为线粒体途径,死亡受体途径,以及内质网途径。Caspase-12是ERS介导内质网途径凋亡调控过程中的一个起始因子,内质网途径凋亡以激活caspase-12为特征,在死亡受体或线粒体凋亡途径中不被激活。另外Ca2+信号通路Ca2+-CaM-CaMKⅡα对学习记忆及神经元的可塑性都有很重要的作用。Ca2+浓度的变化引起CaM构象和活性的变化,进一步激活含CaM结合位点的靶蛋白CaMKⅡα发挥作用。研究PTSD内质网应激中,CRT对Ca2+稳态调控及处理错误折叠和未折叠蛋白的作用机制至关重要。内质网途径凋亡在PTSD的发病机制研究中未见报道。本研究以Ca+信号转导和内质网途径凋亡为主线,研究分子伴侣CRT在PTSD海马神经元Ca2+信号通路和内质网途径凋亡中调控作用。   本研究采用国际认定的PTSD-SPS大鼠模型,用免疫组织化学、免疫印迹和RT-PCR方法检测海马神经元CRT及caspase-12在PTSD内质网应激中的表达变化,检测海马神经元C2+信号通路Ca2+-CaM-CaMKⅡα的表达变化,及用透射电镜观察海马神经元有否凋亡改变,从中找出分子伴侣CRT在PTSD大鼠海马神经元内质网应激中的调控机制,为揭示PTSD所致的海马萎缩、记忆异常的发病机制提供实验依据。   实验方法:   1、PTSD大鼠海马神经元CRT的检测   采用国际认定的单一延长应激(Single-Prolonged Stress,SPS)方法刺激大鼠建立PTSD大鼠模型,随机分为SPS1 d、4d、7d组及正常对照组。应用免疫组织化学技术和免疫印迹技术检测各组大鼠海马神经元CRT蛋白表达的变化,用RT-PCR技术检测CRT mRNA的变化   2、PTSD大鼠海马神经元Ca2+-CaM-CaMKⅡα的检测   采用荧光探针标记法检测各组大鼠海马细胞内游离Ca2+含量的变化,用免疫印迹技术检测各组大鼠海马神经元CaM和CaMKⅡα蛋白表达的变化,用RT-PCR技术检测CaM和CaMKⅡa mRNA的变化   3、PTSD大鼠海马神经元Caspase-12的检测   采用免疫组织化学技术和免疫印迹技术检测各组大鼠海马神经元caspase-12蛋白表达的变化,用RT-PCR技术检测caspase-12 mRNA的变化。   4、透射电镜观察海马神经元   各组大鼠依次麻醉后灌流固定,取海马,常规透射电镜制样,包埋、聚合,半薄切片定位,超薄切片,透射电镜下观察海马凋亡细胞形态学变化。   实验结果:   一、PTSD大鼠海马神经元CRT的检测   1、免疫组织化学结果   在正常对照组,大鼠海马只有少量的阳性细胞,染色较淡。SPS刺激后表达增加,于SPS刺激后7d达到高峰。   2、Western Blotting和RT-PCR结果   与正常对照组相比,模型组海马CRT蛋白和mRNA表达均上调,于SPS刺激后7d达到高峰。   二、PTSD大鼠海马神经元Ca2+-CaM-CaMKⅡα的检测   1、海马细胞内游离Ca2+浓度检测结果   与正常对照组海马细胞内游离Ca2+浓度比较,模型组游离Ca2+浓度升高,于SPS刺激后1d时达到高峰,然后逐渐下降,SPS刺激后7d时仍高于正常对照组。   2、CaM和CaMKⅡα的Western Blotting及RT-PCR结果   与正常对照组相比,模型组海马CaM蛋白和mRNA表达上调,于SPS刺激后1d时达到高峰,然后逐渐下降,SPS刺激后7d时仍高于正常对照组;模型组海马CaMKⅡα蛋白和mRNA表达下调,于SPS刺激后1d时表达最少,然后逐渐增强,SPS刺激后7d时仍低于正常对照组。   三、PTSD大鼠海马神经元Caspase-12的检测   1、免疫组织化学结果   在正常对照组,大鼠海马神经元染色较淡。SPS刺激后表达增加,于SPS刺激后4d达到高峰。   2、Western Blotting和RT-PCR结果   与正常对照组相比,模型组caspase-12蛋白和mRNA表达上调,于SPS刺激后4d达到高峰。   四、透射电镜观察凋亡细胞   SPS刺激后,部分神经元出现细胞凋亡的改变。早期可见核染色质凝聚,沿核膜排列,进一步发展,染色质形成不规则形状的团块。最后,可见细胞核固缩,胞质内细胞器呈退行性变。   结论:   1、PTSD可致大鼠海马神经元内质网应激,CRT应答未折叠蛋白反应表达上调起细胞保护作用,为临床寻找有效预防和治疗PTSD的新药靶点提供实验依据。   2、PTSD大鼠海马神经元Ca2+-CaM-CaMKⅡα信号途径调控异常,造成钙失稳态,加重内质网应激,是导致海马神经元内质网途径细胞凋亡的重要原因。   3、PTSD大鼠海马神经元Ca2+超载致内质网过度应激,激活凋亡因子caspase-12启动海马神经元内质网途径细胞凋亡,可能是PTSD患者记忆异常的一个重要病理生理学基础。
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