肝细胞生长因子对神经元缺氧/复氧损伤的影响及其分子机制研究

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目的:研究肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor,HGF)对大脑皮层神经元缺氧/复氧损伤的影响,并探讨其可能的分子机制。方法:取原代培养的Sprague-Dawley大鼠大脑皮层神经元细胞,以LDH漏出率作为细胞损伤指标、MTT比色法检测细胞活力、流式细胞术分析细胞凋亡率,研究缺氧、低(无)糖、缺氧/复氧对神经元的影响,建立体外缺氧/复氧损伤模型。在此基础上,通过LDH漏出率的测定、MTT比色法、流式细胞术、Hoechst 33258染色法、RT-PCR、Western blotting的方法研究HGF对皮层神经元缺氧/复氧损伤的影响及其与MEK/ERK1/2、PI-3K/Akt信号传导途径,凋亡相关分子Bcl-2、Bcl-xL和Bax的关系。利用基因芯片技术研究HGF对缺氧/复氧损伤神经元缺氧信号通路的影响。用实时定量PCR的方法进一步验证这些差异表达基因中的6个(Mybl2、Cygb、Birc5、Cdc42、IL1β、NOS2),并通过Western blotting检测HGF对缺氧/复氧损伤神经元Cygb和NOS2蛋白表达水平的影响。结果:1.缺氧、低(无)糖及缺氧/复氧对神经元的影响(1)MTT比色实验的结果显示,缺氧1h,神经元细胞活力即降低,而LDH漏出率从缺氧4h开始增高,且随缺氧时间的延长,细胞活力呈降低的趋势,LDH漏出率呈增高的趋势。(2)低糖(葡萄糖浓度为2.5 mmol/L)、无糖处理均诱导神经元损伤,且无糖组的损伤较低糖组更为严重。(3)缺氧条件下培养,各组对缺氧耐受性由高到低排列依次为正常糖组>低糖组>无糖组。(4)神经元缺氧/复氧与单独缺氧比较,细胞活力降低,LDH漏出率和细胞凋亡率均增高,且随复氧时间的延长(0~24h),细胞活力呈下降趋势,LDH漏出率及细胞凋亡率呈上升趋势。2.HGF对神经元缺氧/复氧损伤的影响(1)用RT-PCR、Western blotting的方法,在体外培养10d的大脑皮层神经元和生后10d大鼠的大脑皮层组织均检测到c-MetmRNA和c-Met蛋白的表达。(2)HGF对缺氧8h/复氧12h(H8/R12)损伤神经元的影响:HGF降低LDH漏出率的效应从20 ng/ml开始出现,在60ng/ml达最高峰;增强细胞活力和抗凋亡效应均从10 ng/ml开始出现,也是在60ng/ml达最高峰。此外,在缺氧处理前12h、缺氧处理前1h、缺氧即刻及复氧即刻加入终浓度为60ng/ml的HGF,均使H8R12损伤神经元LDH漏出率降低,细胞活力增高,细胞凋亡率降低。其中缺氧处理前1h加入HGF在上述4个时间点中,增强细胞活力的效应为最强。c-Met抑制剂SU11274(5μmol/L)明显阻断了HGF的神经保护作用。(3)HGF对氧糖剥夺2h/再灌注24h(OGD2R24)损伤神经元的影响:HGF增强细胞活力,降低LDH漏出率和细胞凋亡率的效应均从20 ng/ml开始出现,在80ng/ml达最高峰。此外,在缺氧处理前12h、缺氧处理前2h、缺氧即刻及复氧即刻4个时间点加入终浓度为80ng/ml的HGF,均使细胞活力增高,细胞凋亡率降低。在复氧即刻加入HGF,对OGD2R24损伤神经元的LDH漏出率无明显影响,其余三个时间点的LDH漏出率均降低。缺氧处理前2h加入HGF,在上述4个时间点中降低LDH漏出率和增强细胞活力的效应均为最大。c=Met抑制剂SU11274(5μmol/L)显著抑制了HGF介导的神经保护效应。3.HGF对缺氧/复氧神经元的保护作用与ERK1/2、PI-3K/Akt通路及凋亡相关分子的关系(1)Western blotting的结果显示,HGF激活大脑皮层神经元MEK/ERK1/2与PI3-K/Akt信号通路。(2)MTT比色实验、流式细胞术和Hoechst 33258染色的结果显示,用MEK的抑制剂,U0126(500nmol/L)明显阻断了HGF对H8/R12损伤神经元的促细胞存活和抗凋亡效应。PI3-K的抑制剂,LY294002(LY,10μmol/L)预处理抑制了HGF介导的神经保护作用。使用上述浓度的两种抑制剂(不加HGF)对常氧条件下培养及H8R12处理神经元的细胞活力和凋亡率均无明显影响。(3)RT-PCR和Western blotting的结果显示,H8/R12损伤后,皮层神经元Bcl-2、Bcl-xL的mRNA和蛋白表达水平明显下调,BaxmRNA的表达显著上调,而Bax蛋白的表达无明显变化。用HGF(60ng/ml)预处理明显上调了缺氧/复氧损伤神经元Bcl-2、Bcl-xL的mRNA和蛋白表达水平,但对Bax mRNA和蛋白的表达无显著影响。4.HGF对缺氧/复氧神经元缺氧信号通路的影响(1)对缺氧信号通路基因芯片显示的差异表达基因进行功能分类,涉及代谢、信号传导、细胞生长、转录、细胞骨架、凋亡等方面。(2)实时定量PCR的结果显示,神经元H8/R12损伤后Mybl2mRNA、Cygb mRNA、Birc5 mRNA表达下调,Cdc42 mRNA、Nos2mRNA、IL1βmRNA表达上调;HGF(60 ng/ml)预处理能明显抑制H8/R12损伤神经元Mybl2 mRNA、Cygb mRNA、Birc5 mRNA水平的降低,以及Cdc42 mRNA、NOS2 mRNA、IL1βmRNA水平的增高。(3)Western blotting的结果显示,H8/R12损伤后,神经元Cygb蛋白表达水平明显降低,NOS 2蛋白表达显著增高,HGF预处理能明显上调H8/R12损伤神经元Cygb蛋白的表达,下调NOS2蛋白表达水平。结论:1.缺氧、低(无)糖可引起皮层神经元损伤,且与持续时间密切相关,皮层神经元对缺氧、低(无)糖十分敏感。2.低(无)糖能加重缺氧导致的皮层神经元损伤,呈一定的时效依赖性,无糖对缺氧的耐受性低于正常糖和低糖。3.缺氧后复氧可加重缺氧引起的皮层神经元损伤和细胞凋亡,呈一定的时效依赖关系。4.c-Met受体存在于大脑皮层组织和体外培养的大脑皮层神经元。5.HGF对体外培养的皮层神经元缺氧/复氧损伤具有直接的保护作用,并呈一定的量效和时效关系。6.MEK/ERK1/2通路的激活在HGF对皮层神经元缺氧/复氧损伤的保护效应中起重要作用,PI3-K/Akt通路也参与了这一效应。7.Bcl-2和Bcl-xL可能参与了HGF对皮层神经元缺氧/复氧损伤的保护作用。8.初步明确皮层神经元缺氧/复氧损伤后,缺氧信号通路相关基因的变化规律。9.初步明确HGF对缺氧/复氧损伤皮层神经元缺氧信号通路相关基因的影响规律。10.HGF对缺氧/复氧损伤皮层神经元保护作用可能与抑制Mybl2、Cygb、Birc5的表达降低和Cdc42、NOS2、IL1β的表达增高有关。
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