原花青素抑制LPS/ATP诱导小胶质细胞NLRP3炎症小体激活及对SH-SY5Y细胞损伤的保护作用

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帕金森病(Parkinson’s disease,PD)是一种典型的神经退行性疾病。发病率随年龄的增加而显著增加。PD发病的确切原因难以确定,但神经炎症反应被认为在PD进展中起关键作用。近年来,核苷酸结合寡聚结合域样受体蛋白3(Nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor protein 3,NLRP3)炎症小体在神经退行性疾病中的作用引起广泛关注。基于神经炎症和神经元损伤在PD发生发展过程中的重要作用,以及原花青素的抗氧化和抗炎作用。本研究首先用脂多糖(Lipopolysaccharide,LPS)和腺嘌呤核苷三磷酸(Adenosine triphosphate,ATP)诱导BV2细胞,研究原花青素对LPS/ATP诱导的NLRP3炎症小体激活的影响及其相关机制。然后,采用1-甲基-4-苯基吡啶(1-Methyl-4-phenylpyridinium,MPP+)诱导人神经母细胞瘤细胞(SH-SY5Y),探讨原花青素对MPP+诱导SH-SY5Y损伤及NLRP3炎症小体激活的影响。从炎症和神经元损伤两个方面,研究原花青素抑制炎症反应及保护神经元的作用,为PD的预防和控制提供新策略。本文主要内容分为三部分:第一部分:原花青素对LPS/ATP诱导的BV2细胞NLRP3炎症小体激活的影响研究目的:采用LPS/ATP诱导BV2细胞,探讨原花青素对LPS/ATP诱导的炎症因子分泌NLRP3炎症小体激活的影响。研究方法:(1)以LPS(0.1、1.0、10.0、20.0μg/m L)诱导BV2细胞24h,采用微板法间接测定一氧化氮(Nitric oxide,NO)含量,确定合适的浓度用于后续实验。(2)以LPS(1.0μg/m L)/ATP(1.0、2.5、5.0、10.0μmol/L)诱导BV2,LPS作用24h,各浓度ATP继续作用30min。采用四甲基偶氮唑盐(3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide,MTT)法检测细胞活力,分析LPS与不同浓度的ATP联合作用对细胞活力的影响。(3)设立对照组、原花青素(0.1、1.0、2.5、5.0μg/m L)、LPS(1.0μg/m L)/ATP(2.5μmol/L)、LPS(1.0μg/m L)/ATP(2.5μmol/L)+原花青素(0.1、1.0、2.5、5.0μg/m L)及空白组,原花青素预处理1h,LPS处理24h,ATP处理30min。采用MTT法测细胞活力,分析不同浓度原花青素、LPS+ATP+不同浓度原花青素联合作用对细胞活力的影响。(4)设立对照组、LPS(1.0μg/m L)/ATP(2.5μmol/L)、LPS(1.0μg/m L)/ATP(2.5μmol/L)+原花青素(0.1、1.0、2.5、5.0μg/m L)组,原花青素预处理1h,LPS处理24h,ATP处理30min。采用微板法间接测定细胞培养上清中NO含量;酶标法测乳酸脱氢酶(Lactate dehydrogenase,LDH)活性;酶联免疫吸附测定法(Enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)检测IL-1β和IL-18的分泌水平。(5)设立对照组、LPS(1.0μg/m L)/ATP(2.5μmol/L)、LPS(1.0μg/m L)/ATP(2.5μmol/L)+原花青素(0.1、1.0、2.5、5.0μg/m L)组,原花青素预处理1h,LPS处理6h,ATP处理30min。蛋白免疫印迹法(Western blot)测定NLRP3、ASC、caspase-1、pro-caspase-1和pro-IL-1β蛋白表达水平。研究结果:(1)与对照组比较,LPS(0.1、1.0、10.0、20.0μg/m L)诱导BV2细胞NO水平升高,差异具有统计学意义(P<0.05),在本实验条件下LPS作用浓度与NO释放水平存在剂量-效应关系(r=0.981,P<0.001)。(2)与对照组比较,LPS(1.0μg/m L)/ATP(1.0、2.5、5.0、10.0μmol/L)组均使细胞活力下降,差异具有统计学意义(P<0.05)。(3)与对照组比较,不同浓度原花青素(0.1、1.0、2.5、5.0μg/m L)对BV2细胞活力无明显影响,差异无统计学意义(P>0.05)。与LPS/ATP组相比,LPS/ATP+原花青素(2.5、5.0μg/m L)组细胞活力升高,差异具有统计学意义(P<0.05)。(4)与对照组比较,LPS/ATP组NO释放水平升高,差异具有统计学意义(P<0.05);与LPS/ATP组相比,原花青素(0.1、1.0、2.5、5.0μg/m L)各浓度干预均可降低BV2细胞NO释放水平,差异具有统计学意义(P<0.05),且呈剂量-效应关系(r=-0.836,P<0.001)。(5)与对照组比较,LPS/ATP组LDH活性升高,差异具有统计学意义(P<0.05);与LPS/ATP组相比,原花青素(0.1、1.0、2.5、5.0μg/m L)各浓度干预均可降低BV2细胞LDH活性,差异均具有统计学意义(P<0.05),且存在剂量-效应关系(r=-0.982,P<0.001)。(6)与对照组比较,LPS/ATP组IL-1β、IL-18释放水平升高,差异具有统计学意义(P<0.05);与LPS/ATP组比较,原花青素(0.1、1.0、2.5、5.0μg/m L)各浓度干预均使IL-1β、IL-18释放水平下降,差异具有统计学意义(P<0.05),且存在剂量-效应关系(r IL-1β=-0.906,P<0.001;r IL-18=-0.971,P<0.001)。(7)与对照组比较,LPS/ATP组NLRP3、ASC、pro-caspase-1、caspase-1和pro-IL-1β蛋白表达水平均增高,差异均具有统计学意义(P<0.05);与LPS/ATP组相比,LPS/ATP+原花青素(1.0、2.5、5.0μg/m L)组NLRP3、ASC、caspase-1蛋白表达水平均下降,差异具有统计学意义(P<0.05);LPS/ATP+原花青素(0.1、1.0、2.5、5.0μg/m L)组pro-IL-1β蛋白表达下降,差异具有统计学意义(P<0.05),LPS/ATP+原花青素(2.5、5.0μg/m L)组pro-caspase-1蛋白表达水平下降,差异具有统计学意义(P<0.05)。原花青素干预浓度与NLRP3、ASC、pro-caspase-1、caspase-1、pro-IL-1β蛋白表达水平降低,且呈剂量-效应关系(r NLRP3=-0.818,P<0.001;r ASC=-0.960,P<0.05;rpro-caspase-1=-0.786,P<0.05;rcaspase-1=-0.742,P<0.05;rpro-IL-1β=-0.862,P<0.001)。第二部分:原花青素抑制BV2细胞NLRP3炎症小体激活的信号通路研究研究目的:用LPS/ATP诱导BV2细胞,探讨原花青素抑制LPS/ATP诱导的炎症因子分泌及NLRP3炎症小体激活的相关机制。研究方法:(1)设立对照组、LPS(1.0μg/m L)/ATP(2.5μmol/L)、LPS(1.0μg/m L)/ATP(2.5μmol/L)+原花青素(0.1、1.0、2.5、5.0μg/m L)组,原花青素预处理1h,LPS处理6h,ATP处理30min。Western blot法检测TLR4、MyD88表达及NF-κBp65磷酸化水平。(2)设立对照组、BAY 11-7082(5.0μmol/L)组、LPS/ATP组、LPS/ATP+BAY 11-7082(5.0μmol/L)组、LPS/ATP+原花青素(5.0μg/m L)组,原花青素预处理1h,LPS处理6h,ATP处理30min,Western blot法检测NLRP3,ASC,caspase-1,pro-caspase-1,pro-IL-1β蛋白表达及NF-κBp65磷酸化水平。(3)设立对照组、BAY 11-7082(5.0μmol/L)组、LPS/ATP组、LPS/ATP+BAY 11-7082(5.0μmol/L)组、LPS/ATP+原花青素(5.0μg/m L)组,原花青素预处理1h,LPS处理24h,ATP处理30min,ELISA法检测IL-1β、IL-18分泌水平。研究结果:(1)与对照组相比,LPS/ATP组TLR4、MyD88、p-NF-κBp65蛋白表达水平均增高,差异具有统计学意义(P<0.05);与LPS/ATP组相比,LPS/ATP+原花青素(1.0、2.5、5.0μg/m L)组MyD88、p-NF-κBp65蛋白表达水平下降,差异具有统计学意义(P<0.05);LPS/ATP+原花青素(0.1、1.0、2.5、5.0μg/m L)组TLR4蛋白表达水平下降,差异具有统计学意义(P<0.05),且具有剂量-效应关系(r NF-κB=-0.807,P<0.001;r TLR4=-0.851,P<0.001;r MyD88=-0.775,P<0.05)。(2)与对照组相比,BAY 11-7082组NLRP3、ASC、pro-caspase-1、caspase-1、pro-IL-1β、p-NF-κBp65蛋白表达水平无明显改变,差异无统计学意义(P>0.05),LPS/ATP组NLRP3、ASC、pro-caspase-1、caspase-1、pro-IL-1β、p-NF-κBp65蛋白表达水平均升高,差异具有统计学意义(P<0.05);与LPS/ATP组相比,LPS/ATP+BAY11-7082组和LPS/ATP+原花青素组NLRP3、ASC、pro-caspase-1、caspase-1、pro-IL-1β、p-NF-κBp65蛋白表达水平均降低,差异具有统计学意义(P<0.05)。(3)与对照组相比,LPS/ATP组IL-1β、IL-18分泌水平升高,差异具有统计学意义(P<0.05)。与LPS/ATP组相比,LPS/ATP+BAY11-7082(5.0μmol/L)组以及LPS/ATP+原花青素(5.0μg/m L)组IL-1β和IL-18分泌水平降低,差异具有统计学意义(P<0.05)。第三部分:原花青素对MPP+诱导SH-SY5Y细胞损伤的保护作用研究目的:运用MPP+染毒SH-SY5Y,研究原花青素对SH-SY5Y细胞损伤的保护作用。研究方法:(1)设立空白组、对照组、MPP+(0.1、0.2、0.5、1.0、2.0mmol/L)组,MPP+处理24h,采用MTT法检测细胞活力。设立空白组、对照组、原花青素(0.1、1.0、2.5、5.0μg/m L)组,原花青素处理24h,采用MTT法检测细胞活力。设立空白组、对照组、MPP+(0.5mmol/L)组、MPP+(0.5mmol/L)+原花青素(0.1、1.0、2.5、5.0μg/m L)组,原花青素预处理1h,MPP+处理24h,采用MTT法检测细胞活力。(2)设立原花青素对照组、MPP+(0.5mmol/L)组、MPP+(0.5mmol/L)+原花青素(0.1、1.0、2.5、5.0μg/m L)组,原花青素预处理1h,MPP+处理24h,微量酶标法检测LDH活性;荧光探针检测ROS产生;ELISA法检测IL-1β、IL-18水平。(3)设立原花青素对照组、MPP+(0.5mmol/L)组、MPP+(0.5mmol/L)+原花青素(0.1、1.0、2.5、5.0μg/m L)组,原花青素预处理1h,MPP+处理24h Western blot法测定NLRP3、pro-caspase-1、caspase-1、pro-IL-1β蛋白表达水平。研究结果:(1)与对照组相比,MPP+(0.1、0.2、0.5、1.0、2.0、5.0mmol/L)组细胞活力下降,差异具有统计学意义(P<0.05),且存在剂量-效应关系(r=-0.926,P<0.001)。(2)与对照组相比,原花青素(0.1、1.0、2.5、5.0μg/m L)对SH-SY5Y细胞活力无明显影响,差异无统计学意义(P>0.05),MPP+组细胞活力下降,差异具有统计学意义(P<0.05);与MPP+组相比,MPP++原花青素(1.0、2.5、5.0μg/m L)组细胞活力增高,差异具有统计学意义(P<0.05)。(3)与对照组相比,MPP+组LDH活性升高,差异具有统计学意义(P<0.05),;与MPP+组相比,MPP++原花青素(1.0、2.5、5.0μg/m L)组LDH活性均下降,差异具有统计学意义(P<0.05),且呈剂量-效应关系(r=-0.949,P<0.001)。(4)与对照组相比,MPP+组ROS增加,差异具有统计学意义(P<0.05);与MPP+组相比,MPP++原花青素(1.0、2.5、5.0μg/m L)组的ROS水平降低,差异具有统计学意义(P<0.05),且存在剂量-效应关系(r=-0.949,P<0.001)。(5)与对照组相比,MPP+组的IL-1β、IL-18水平升高,差异具有统计学意义(P<0.05);与MPP+组相比,MPP++原花青素(1.0、2.5、5.0μg/m L)组IL-1β水平降低,差异具有统计学意义(P<0.05),MPP++原花青素(5.0μg/m L)组IL-18水平降低,差异具有统计学意义(P<0.05),且呈剂量-效应关系(r IL-1β=-0.879,P<0.001;r IL-18=-0.853,P<0.001)。(6)与对照组相比,MPP+组NLRP3、pro-caspase-1、caspase-1和pro-IL-1β蛋白表达水平增加,差异具有统计学意义(P<0.05);与MPP+组相比,MPP++原花青素(1.0、2.5、5.0μg/m L)组NLRP3、pro-caspase-1蛋白表达水平降低,差异具有统计学意义(P<0.05),MPP++原花青素(0.1、1.0、2.5、5.0μg/m L)组pro-IL-1β表达水平降低,差异具有统计学意义(P<0.05),MPP++原花青素(2.5、5.0μg/m L)组caspase-1蛋白表达水平降低,差异具有统计学意义(P<0.05),且存在剂量-效应关系(r NLRP3=-0.818,P<0.001;rpro-caspase-1=-0.960,P<0.001;rcaspase-1=-0.796,P<0.001;rpro-IL-1β=-0.982,P<0.001)。研究结论:(1)LPS/ATP诱导BV2细胞炎症因子分泌水平升高及NLRP3炎症小体激活,NLRP3、ASC、caspase-1、pro-caspase-1、pro-IL-1β蛋白表达水平增高。原花青素抑制LPS/ATP诱导的BV2细胞炎症因子分泌和NLRP3炎症小体激活。(2)LPS/ATP诱导BV2细胞TLR4、MyD88、NF-κB信号通路激活,该通路在NLRP3炎症小体激活和炎症因子分泌中具有重要作用。原花青素通过TLR4、MyD88、NF-κB信号通路抑制LPS/ATP诱导BV2细胞炎症因子分泌和NLRP3炎症小体激活。(3)MPP+诱导SH-SY5Y炎症因子、ROS水平升高及NLRP3炎症小体激活,NLRP3、caspase-1、pro-caspase-1、pro-IL-1β蛋白表达水平增高。原花青素抑制MPP+诱导的SH-SY5Y细胞ROS、炎症因子分泌及NLRP3炎症小体激活。
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