胡黄连素衍生物在帕金森细胞模型中的保护作用及初步机制研究

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目的:  帕金森病(Parkinson’s disease,PD)是仅次于老年痴呆症的第二大神经退行性疾病,近年来发病率呈上升趋势。据报道NADPH氧化酶抑制剂胡黄连素二聚体可通过改善氧化应激来防止PD多巴胺能神经元的变性死亡,有望用作PD治疗的先导化合物进一步修饰获得更优的候选化合物。本研究通过MPP+诱导SH-SY5Y细胞建立体外帕金森细胞模型,筛选本课题组合成的胡黄连素衍生物在该模型中的保护作用,并选择药效较优者进行进一步的活性以及机制研究,为开发安全有效的抗帕金森病的新药奠定工作基础。  方法:  1、利用MPP+诱导SH-SY5Y细胞建立体外PD细胞模型,通过溴化四唑蓝(3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-Diphenyltetrazolium Bromide,MTT)比色法检测细胞的存活率,采用酶标仪通过DCFH-DA法以及JC-1法分别检测细胞内ROS产生量与线粒体膜电位的变化,对本课题组所合成的35个胡黄连素衍生物进行初步活性筛选。  2、在上述体外PD细胞模型中,对筛选出来具有较优药效的炔丙基半胱氨酸胡黄连素二聚体衍生物JJA-D10,进行其抗氧化、抗凋亡以及抗炎等药效活性研究。采用MTT法检测化合物的细胞保护作用;采用流式细胞仪通过DCFH-DA法以及JC-1法分别检测细胞内ROS产生量与线粒体膜电位的变化。采用试剂盒测定细胞内超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)的活性与脂质过氧化产物丙二醛(Malondialdehyde,MDA)的水平。通过Western Blot实验检测Bcl-2与Bax蛋白、Caspase-3与Cleaved caspase-3蛋白、以及TNF-α表达量的变化。  3、通过对NADPH氧化酶、细胞信号通路以及PD特征标志物α-synuclein蛋白水平的研究,探讨JJA-D10保护PD细胞模型的作用机制。在上述体外PD细胞模型中,通过Western Blot实验检测JJA-D10处理后细胞内NADPH氧化酶的gp91-phox与p47-phox亚基蛋白量变化,以及PI3K-Akt、NF-κB、MAPKs、Nrf2/HO-1等信号通路的相关蛋白表达情况。通过荧光定量PCR检测NADPH氧化酶的gp91-phox与p47-phox亚基mRNA的变化。在细胞中分别加入PI3K-Akt信号通路抑制剂(LY294002、AKT inhibitor IV)与MAPKs信号通路抑制剂(SB202190、SP600125、PD98059),通过MTT实验检测JJA-D10对细胞存活率的作用,并通过Western Blot实验检测相关蛋白的表达情况,来进一步探讨JJA-D10对这些信号通路的作用。在过表达PD特征标志物α-synuclein蛋白的野生型SH-SY5Y细胞中,采用Western Blot实验检测JJA-D10对α-synuclein蛋白表达情况的影响。  结果:  1、采用50μM-1500μM的胡黄连素对SH-SY5Y细胞分别处理24h-72h,未出现细胞毒性。先导化合物JJA-D0在400μM时分别处理24h、36h、48h与72h,在200μM处理48h与72h,以及在100μM处理72h时,均显示出一定的细胞毒性作用,说明随着时间与剂量的增加,JJA-D0的毒性随之提高。通过MPP+诱导SH-SY5Y细胞造成帕金森细胞模型,当MPP+为1mM处理24h时,细胞存活率为空白对照组的50%,确定此条件构建体外帕金森细胞模型用于后续研究。对本课题组所合成的35个胡黄连素衍生物活性初筛的结果显示,所有化合物在剂量50-200μM下,于MPP+造模前预处理4h,无论是从提高细胞的存活率、减少细胞内ROS产生还是逆转线粒体膜电位的降低等方面,都显示了对PD细胞的保护作用,且大多数活性优于母体化合物胡黄连素。在所有化合物中,炔丙基半胱氨酸胡黄连素二聚体衍生物JJA-D10的活性优于其它化合物。  2、在进一步的活性研究中,MTT实验结果表明,在200μM下,JJA-D10可显著改善MPP+所致的SH-SY5Y细胞损伤,细胞存活率为71%,显著高于模型组(P<0.001)。模型组ROS的产生量是正常细胞对照组的2.37倍,JJA-D10组则是其1.35倍。JJA-D10可增强细胞内总SOD酶的活力,降低细胞内MDA的水平。模型组细胞线粒体膜电位下降为正常细胞对照组的6.4倍,JJA-D10组则降低为其3.89倍。JJA-D10还可降低Bax蛋白和Cleaved caspase-3蛋白的表达,提高Bcl-2蛋白的表达。同时,JJA-D10可降低细胞内炎症因子TNF-α的表达。  3、在200μM下,JJA-D10可下调NADPH氧化酶gp91-phox与p47-phox亚基的mRNA与亚基蛋白的表达量。Nrf2/HO-1通路激活具有抗氧化保护细胞的作用,JJA-D10可增加了Nrf2/HO-1通路中Nrf2与HO-1的蛋白表达而激活该信号通路。激活MAPKs信号通路与NADPH氧化酶和NF-κB激活有关,JJA-D10可降低p-ERK1/2、p-P38与p-JNK蛋白表达,从而抑制MAPKs信号通路。PI3K-Akt信号通路激活可产生抗氧化与抗凋亡作用,JJA-D10提高了PI3K-Akt信号通路中p-PI3K与p-Akt蛋白的表达,进而可激活该通路。激活NF-κB信号通路会导致下游的炎症因子TNF-α的表达增加,JJA-D10还能降低NF-κB信号通路中p-P65与p-IK K蛋白的表达,增加p-IκB的表达,从而抑制该通路起到抗炎作用。同时,在PD细胞模型中,分别加入PI3K-Akt与MAPKs信号通路的抑制剂LY294002(5μM)、Akt inhibitor IV(10μM)、SB202190(5μM)、SP600125(15μM)、PD98059(10μM)处理后,MTT实验结果显示PI3K-Akt信号通路抑制剂可阻断JJA-D10对体外PD细胞模型所产生的保护作用,JJA-D10具有MAPKs信号通路抑制剂相同的对体外PD细胞模型的保护作用。在Western Blot实验中,这些结果也得到了相应的验证。在过表达α-synuclein蛋白的野生型SH-SY5Y细胞中,JJA-D10能够降低PD特征标志物α-synuclein蛋白的表达,起到保护神经细胞的作用,进一步证实JJA-D10在体外PD细胞模型上的保护活性。  结论:  1、本课题组前期合成的大多数胡黄连素衍生物对MPP+诱导的SH-SY5Y体外PD细胞模型具有保护作用,其中JJA-D10的活性优于其它化合物。  2、JJA-D10通过对NADPH氧化酶的抑制作用,降低PD特征标志物α-synuclein蛋白的表达,以及参与PI3K-Akt、Nrf2/HO-1、NF-κB和MAPKs等信号通路的调控,以抗氧化、抗凋亡与抗炎等机制对体外PD细胞模型产生保护作用。
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