实验研究
谷氨酸受体相互作用蛋白对缺氧缺糖条件下少突胶质前体细胞凋亡的影响
中华实用儿科临床杂志, 2020,35(19) : 1490-1495. DOI: 10.3760/cma.j.cn101070-20200424-00725
摘要
目的

观察缺氧缺糖条件下谷氨酸(AMPA)受体相互作用蛋白(GRIPs)表达的变化及对少突胶质前体细胞(OPCs)凋亡的影响,探讨GRIPs在AMPA受体兴奋性毒性中的作用。

方法

OPCs分为对照组、缺氧缺糖60 min组和缺氧缺糖120 min组,通过实时荧光定量PCR及蛋白印迹法(Western blot)检测缺氧缺糖条件下GRIP1、GRIP2 mRNA和蛋白的表达情况;再次将OPCs分为空白对照组、OPCs+缺氧缺糖组、OPCs+环磷酸腺苷(cAMP)+缺氧缺糖组、OPCs+cAMP+缺氧缺糖+GRIP1小干扰RNA(siRNA)组、OPCs+cAMP+缺氧缺糖+GRIP1 siRNA阴性对照组、OPCs+cAMP+缺氧缺糖+GRIP2 siRNA组、OPCs+cAMP+缺氧缺糖+GRIP2 siRNA阴性对照组,TUNEL试剂盒检测各组细胞凋亡情况,Fluo-4荧光探针观察胞内游离钙变化。

结果

缺氧缺糖引起OPCs损伤,光学显微镜下显示细胞轮廓不清晰,胞体回缩。缺氧缺糖60 min后GRIP1(1.233±0.060比1.003±0.079,P<0.05)和GRIP2(1.396±0.069比1.001±0.037,P<0.05)表达明显高于对照组,且缺氧缺糖时间越长,GRIP1(1.416±0.064比1.233±0.060,P<0.01)和GRIP2(1.680±0.018比1.396±0.069,P<0.01)表达水平越高。RNAi分别下调GRIP1和GRIP2,细胞内游离钙离子水平降低(0.054±0.003比0.074±0.003,P<0.01;0.060±0.003比0.074±0.003,P<0.01),细胞凋亡率下降[(20.703±3.882)%比(11.470±1.679)%,P<0.05;(19.070±1.106)%比(14.448±0.849)%,P<0.01]。

结论

GRIP1和GRIP2参与缺氧缺糖引起的OPCs损伤,其可能通过调节Ca2+通透性触发AMPA受体介导的兴奋性毒性发挥作用。

引用本文: 兰莉, 郭宏伟, 王玉娟, 等.  谷氨酸受体相互作用蛋白对缺氧缺糖条件下少突胶质前体细胞凋亡的影响 [J] . 中华实用儿科临床杂志, 2020, 35(19) : 1490-1495. DOI: 10.3760/cma.j.cn101070-20200424-00725.
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随着医疗技术的发展,早产儿出生率和存活率越来越高。早产儿脑损伤带来的脑性瘫痪、精神发育迟缓、认知障碍、行为障碍等问题日益突出,早产儿远期生存质量受到关注[1]。脑白质损伤(WMI)是早产儿主要的脑损伤形式,少突胶质前体细胞(OPCs)显著丢失是围生期脑白质损伤的标志[1,2]。目前认为谷氨酸(AMPA)介导的兴奋性毒性作用是少突胶质细胞损伤的主要原因。未成熟脑内少突胶质细胞膜上含大量AMPA受体,介导了AMPA对少突胶质细胞的毒性效应[1]。探讨AMPA受体在OPCs损伤中扮演的具体角色,有助于理解脑白质损伤的病理生理过程。AMPA受体相互作用蛋白(GRIPs)是调节AMPA受体亚基在细胞内分布和运输的关键蛋白[3],缺血缺氧条件下,GRIP的改变及其在OPCs损伤中的角色少见报道。本研究观察缺氧缺糖条件下GRIPs表达的变化及对OPCs损伤的影响,探讨其在新生儿脑缺氧性损伤中的作用与机制,为改进未成熟脑的脑白质保护性治疗,减轻早产儿脑白质损伤提供新思路。

1 材料与方法
1.1 实验动物和材料

新生SD大鼠,雌雄不限,由空军军医大学实验动物中心提供[SYXK(军)2017-0044]。细胞培养箱(Thermo Scientific 8000)购于美国Thermo Fisher Scientific公司,光学显微镜(XDS-1A)购于上海精密仪器仪表有限公司,倒置荧光显微镜购于日本OLYMPUS公司,低速离心机(TDZ4B-WS)购于上海卢湘仪离心机仪器有限公司,TUNEL试剂盒购于江苏凯基生物技术股份有限公司,Fluo-4探针购于上海碧云天生物技术有限公司,激光共聚焦显微镜(Leica TCS SP5 Ⅱ)购于德国徕卡公司。

1.2 实验方法
1.2.1 OPCs的分离培养与纯化

选取新生SD大鼠(2 d内),无菌低温条件取大脑皮质,去除脑膜和血管组织,剪碎、消化、1 000×g离心15 min、重悬细胞,种植于培养瓶内孵育,培养8~9 d。采用差速震荡法对OPCs分离和纯化:37 ℃ 200 r/min恒温震荡1 h,去除小胶质细胞;再孵育、37 ℃过夜,200 r/min震荡18~20 h;摇下细胞,贴壁去除小胶质细胞和星形胶质细胞;再收集细胞悬液,过筛,1 000×g离心10 min,重悬细胞,沉淀得到OPCs,培养4~5 d,180 r/min振荡1 h分离传代,进一步纯化OPCs。

1.2.2 OPCs免疫荧光鉴定

细胞爬片,漂洗,固定,内源过氧化物酶灭活,50 mL/L胎牛血清(BSA)室温封闭15 min。加入1∶100神经胶质抗原2(NG2)一抗(Santa cruz,鼠单抗),4 ℃孵育过夜。磷酸盐缓冲液(PBS)漂洗3次,每次3 min后,避光条件下,加荧光标记1∶100二抗(羊抗鼠Cy3,SA00009-1),37 ℃孵育1 h,PBS漂洗3次,每次3 min;室温避光Hoechst染料孵育15 min,PBS漂洗3次,每次3 min。荧光显微镜下观察。

1.2.3 缺氧缺糖条件下GRIPs表达变化
1.2.3.1 实验分组

将OPCs分为3组:对照组、缺氧缺糖60 min组、缺氧缺糖120 min组。缺氧缺糖组的OPCs无糖培养液洗涤2次,加入无糖培养液,置于37 ℃,950 mL/L氮气(N2)和50 mL/L二氧化碳(CO2)的密闭缺氧室中分别60、120 min。

1.2.3.2 实时荧光定量(RT)-PCR检测GRIP1、GRIP2的mRNA表达

引物序列:GRIP1(Rat):上游引物:5′-GCCAGTGCAGCGTTCATACC-3′,下游引物:5′-GGGAACTCAGGCTGTACGCA-3′;GRIP2(Rat):上游引物:5′-GCGGAGTCTGTCATCCCAAGCA-3′,下游引物:5′-GGGCAATGGTCCAGGCGAATA-3′。

分别收集3组细胞,按试剂盒说明操作,提取RNA。-20 ℃冰箱保存。RNA样本适当比例稀释后进行反转录制备cDNA,反应体系如下:5×反转录buffer 4 μL,RT引物0.5 μL,下游通用引物0.5 μL,三磷酸碱基脱氧核苷酸(dNTPs)0.5 μL,反转录酶(MMLV)1 μL,焦碳酸二乙酯(DEPC)水10 μL,RNA模板4 μL,总体积20 μL。反应条件:37 ℃1 h;95 ℃ 5 min。RT-PCR:将制备好的cDNA进行PCR扩增,扩增体系如下:SYBRGreen Mix 12.5 μL,上下游引物分别0.5 μL,双蒸水(ddH2O)14.5 μL,cDNA模板2 μL,总体积30 μL。扩增条件:94 ℃ 10 min (94 ℃ 20 s,55 ℃ 20 s,72 ℃ 20 s),40个循环。用2-ΔΔCt方法计算GRIPs mRNA相对表达情况。

1.2.3.3 Western blot检测

收集各组OPCs,提取细胞总蛋白,并按照蛋白含量检测试剂盒的操作步骤测定蛋白含量。取蛋白样品行十二烷基磺酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳,将蛋白转至硝酸纤维素膜(NC膜)上,以脱脂奶粉室温封闭1 h。根据说明书稀释抗体,分别加入一抗GRIP1(Affinity DF2500,1∶100稀释), GRIP2(BIOSS Bs-20140R,1∶100稀释),4 ℃孵育过夜。同时以抗β-肌动蛋白单克隆抗体(1∶2 000)作为内参。Tris-HCl缓冲液(TBS)漂洗,加入1∶1 000辣根过氧化物酶(HRP)标记的二抗,孵育1 h。洗涤、加入化学发光剂发光、显影和定影,最后应用凝胶图像处理系统Image J分析目标条带灰度值与内参条带灰度值的比值作为目的蛋白的相对表达量。

1.2.4 RNA干扰(RNAi)GRIP1/2表达及细胞凋亡检测
1.2.4.1 GRIP1/2 siRNA设计与合成

针对大鼠GRIP1/2基因序列设计各3条干扰片段,经验证和筛选出最佳干扰片段。GRIP1-siRNA:5′-TTTGATTTTGTCTATGACGAT-3′;GRIP2-siRNA:5′-ATTCTTCAGCAATGTGATGAT-3′。干扰片段及阴性对照(NC)均由上海生工生物技术公司合成。

1.2.4.2 细胞转染与处理

正常培养OPCs至对数生长期,接种至35 mm皿中。实验分组:OPCs空白对照组,OPCs+缺氧缺糖组,OPCs+cAMP+缺氧缺糖组,OPCs+cAMP+缺氧缺糖+GRIP1 siRNA组,OPCs+cAMP+缺氧缺糖+GRIP1 siRNA NC组,OPCs+cAMP+缺氧缺糖+GRIP2 siRNA组,OPCs+cAMP+缺氧缺糖+GRIP2 siRNA NC组。预实验结果显示环磷酸腺苷(cAMP)类似物对OPCs无毒性和促增殖作用,先加入150 μmol/L的cAMP作用18 h后。按照Lipofectamine RNAi MAX Reagent说明书进行转染。转染细胞每孔加入30 pmol的siRNA,置于37 ℃恒温培养箱中培养4~6 h,补液,再培养48 h后,进行缺氧缺糖处理120 min,进行后续实验。

1.2.4.3 TUNEL法检测细胞凋亡

各组细胞漂洗,固定;用蛋白酶K在37 ℃下通透30 min, PBS洗3次;加入末端转移酶(TdT酶)反应液(45 μL Equilibration Buffer含1 μL biotin-11-dUTP和4 μL TdT酶),37 ℃避光反应60 min;BSA封闭30 min,加NG2一抗,4°C孵育过夜;加入Cy3标记的二抗稀释液(1∶150)和Streptavidin-Fluorescein标记液,避光室温孵育45 min;滴加Hoechst染液,避光室温孵育10 min,复染细胞核。正常细胞核出现弥漫均匀的低强度荧光,细胞核呈固缩形态或颗粒状荧光,计为凋亡细胞。

1.2.5 细胞内钙离子测定

按照上述实验分组和实验方法转染GRIP1/2 siRNA,缺氧缺糖处理120 min,用PBS洗3遍;加入5 μmol/L的Fluo-4工作液,在37℃下避光孵育30 min。洗涤以激光共聚焦显微镜(Leica TCS SP5 Ⅱ)拍照观察,计算钙离子荧光强度。

1.3 统计学处理

采用ABI Prism 7500 SDS software分析数据,数据以±s表示,组间比较采用t检验,多组间比较采用单因素方差分析,P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果
2.1 少突胶质细胞鉴定结果

NG2荧光标记呈红色,Hoechst荧光标记呈蓝色,红色荧光阳性反应物位于胞体和突起,蓝色荧光阳性反应物位于胞核(图1)。

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图1
免疫荧光染色鉴定少突胶质前体细胞(×400) A~C分别表示通过NG2荧光标记的胞体和树突、Hoechst荧光标记的胞核及merge图像
Figure 1
Identify oligodendrocyte precursor cells by immunofluorescence(×400) A-C showed the cells body and dendrites labeled with fluorescein NG2,nuclei labeled with fluorescein Hoechst and merge images,respectively
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图1
免疫荧光染色鉴定少突胶质前体细胞(×400) A~C分别表示通过NG2荧光标记的胞体和树突、Hoechst荧光标记的胞核及merge图像
Figure 1
Identify oligodendrocyte precursor cells by immunofluorescence(×400) A-C showed the cells body and dendrites labeled with fluorescein NG2,nuclei labeled with fluorescein Hoechst and merge images,respectively
2.2 OPCs缺氧缺糖条件下GRIPs mRNA表达的变化

RT-PCR实验显示:缺氧缺糖组GRIP1和GRIP2的mRNA表达高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);缺氧缺糖120 min组的表达量高于缺氧缺糖60 min组的表达量,差异有统计学意义(表1)。

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表1

缺氧缺糖条件下GRIPs mRNA表达的变化(±s)

Table 1

Changes of GRIPs mRNA expression under hypoxia and hypoglycemic condition(±s)

表1

缺氧缺糖条件下GRIPs mRNA表达的变化(±s)

Table 1

Changes of GRIPs mRNA expression under hypoxia and hypoglycemic condition(±s)

组别GRIP1 mRNA相对表达量GRIP2 mRNA相对表达量
对照组1.003±0.0791.001±0.037
缺氧缺糖60 min组1.233±0.060a1.396±0.069a
缺氧缺糖120 min组1.416±0.064ab1.680±0.018ab
F18.56242.50
P<0.005<0.001

注:GRIP:谷氨酸受体相互作用蛋白;与对照组比较,aP<0.05;与缺氧缺糖60 min组比较,bP<0.01 GRIP:glutamate receptor interacting protein;compared with the control group,aP<0.05;compared with 60 min oxygen glucose deprivation group,bP<0.01

2.3 OPCs缺氧缺糖条件下GRIPs蛋白表达变化

Western blot结果显示:缺氧缺糖组OPCs的GRIP1和GRIP2蛋白表达高于对照组,差异有统计学意义(P<0.01);缺氧缺糖120 min组的表达量高于缺氧缺糖60 min的表达量,差异有统计学意义(图2表2)。

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图2
缺氧缺糖条件下GRIP蛋白表达水平变化 A、B分别为缺氧缺糖条件下GRIP1和GRIP2蛋白表达水平的代表性Western blot条带
Figure 2
Changes of GRIP protein expression under oxygen glucose deprivation conditions A,B were representative Western blot bands of GRIP1 and GRIP2 under oxygen glucose deprivation conditions,respectively
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注:GRIP:谷氨酸受体相互作用蛋白 GRIP:glutamate receptor interacting protein

图2
缺氧缺糖条件下GRIP蛋白表达水平变化 A、B分别为缺氧缺糖条件下GRIP1和GRIP2蛋白表达水平的代表性Western blot条带
Figure 2
Changes of GRIP protein expression under oxygen glucose deprivation conditions A,B were representative Western blot bands of GRIP1 and GRIP2 under oxygen glucose deprivation conditions,respectively
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表2

缺氧缺糖条件下GRIPs蛋白表达水平灰度值分析(±s)

Table 2

Gray value analysis of GRIPs protein expression level under hypoxia and hypoglycemia condition(±s)

表2

缺氧缺糖条件下GRIPs蛋白表达水平灰度值分析(±s)

Table 2

Gray value analysis of GRIPs protein expression level under hypoxia and hypoglycemia condition(±s)

组别GRIP1蛋白相对灰度值GRIP2蛋白相对灰度值
对照组1.000±0.0271.000±0.056
缺氧缺糖60 min组2.098±0.127a2.006±0.226a
缺氧缺糖120 min组2.993±0.072ab3.044±0.074ab
F269.9105.1
P<0.001<0.001

注:GRIP:谷氨酸受体相互作用蛋白;与对照组比较,aP<0.01;与缺氧缺糖60 min组比较,bP<0.01 GRIP:glutamate receptor interacting protein;compared with the control group,aP<0.01;compared with 60 min oxygen glucose deprivation group,bP<0.01

2.4 细胞凋亡检测

光镜下OPCs缺氧缺糖后细胞轮廓不清晰,胞体回缩,转染GRIP后,细胞形态有所恢复。缺氧缺糖后细胞凋亡明显增多。cAMP组较缺氧缺糖组细胞凋亡减少。转染了GRIP1 siRNA后,细胞凋亡进一步降低。cAMP与GRIP siRNA共同孵育后,与缺氧缺糖组比较,siRNA组TUNEL染色阳性细胞显著减少,差异有统计学意义(P<0.01);siRNA组与缺氧缺糖组比较细胞凋亡率明显降低,差异有统计学意义(P<0.05)(表3图3)。

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图3
免疫荧光检测RNA干扰GRIP1/2后OPCs凋亡情况(×100) A~G分别为OPCs空白对照组、OPCs+缺氧缺糖组、OPCs+cAMP+缺氧缺糖组、OPCs+cAMP+缺氧缺糖+GRIP1 siRNA组、OPCs+cAMP+缺氧缺糖+GRIP1 siRNA阴性对照组、OPCs+cAMP+缺氧缺糖+GRIP2 siRNA组、OPCs+cAMP+缺氧缺糖+GRIP2 siRNA阴性对照组
Figure 3
OPCs apoptosis was detected by immunofluorescence after GRIP interfered by RNA(×100) A-G respectively represent OPCs blank control group,OPCs+oxygen glucose deprivation group,OPCs+cAMP+oxygen glucose deprivation group,OPCs+cAMP+oxygen glucose deprivation+GRIP1 siRNA group,OPCs+cAMP+oxygen glucose deprivation+GRIP1 siRNA negative control group,OPCs+cAMP+oxygen glucose deprivation+GRIP2 siRNA group,OPCs+cAMP+oxygen glucose deprivation+GRIP2 siRNA negative control group
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注:GRIP:谷氨酸受体相互作用蛋白;OPCs:少突胶质前体细胞;cAMP:环磷酸腺苷;siRNA:小干扰RNA GRIP:glutamate receptor interacting protein;OPCs:oligodendrocyte precursor cells;cAMP:cyclic adenosine monophosphate;siRNA:small interfering RNA

图3
免疫荧光检测RNA干扰GRIP1/2后OPCs凋亡情况(×100) A~G分别为OPCs空白对照组、OPCs+缺氧缺糖组、OPCs+cAMP+缺氧缺糖组、OPCs+cAMP+缺氧缺糖+GRIP1 siRNA组、OPCs+cAMP+缺氧缺糖+GRIP1 siRNA阴性对照组、OPCs+cAMP+缺氧缺糖+GRIP2 siRNA组、OPCs+cAMP+缺氧缺糖+GRIP2 siRNA阴性对照组
Figure 3
OPCs apoptosis was detected by immunofluorescence after GRIP interfered by RNA(×100) A-G respectively represent OPCs blank control group,OPCs+oxygen glucose deprivation group,OPCs+cAMP+oxygen glucose deprivation group,OPCs+cAMP+oxygen glucose deprivation+GRIP1 siRNA group,OPCs+cAMP+oxygen glucose deprivation+GRIP1 siRNA negative control group,OPCs+cAMP+oxygen glucose deprivation+GRIP2 siRNA group,OPCs+cAMP+oxygen glucose deprivation+GRIP2 siRNA negative control group
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表3

OPCs不同处理条件下TUNEL染色核阳性率(±s)

Table 3

The TUNEL staining nucleus positive rate of OPCs under different treatment conditions (±s)

表3

OPCs不同处理条件下TUNEL染色核阳性率(±s)

Table 3

The TUNEL staining nucleus positive rate of OPCs under different treatment conditions (±s)

组别TUNEL染色核阳性率(%)tP
OPCs空白对照组6.762±0.962  
OPCs+缺氧缺糖组22.003±2.946a8.518<0.05
OPCs+cAMP+缺氧缺糖组17.835±0.577a17.100<0.05
OPCs+cAMP+缺氧缺糖+GRIP1 siRNA阴性对照组20.703±3.882a6.038<0.05
OPCs+cAMP+缺氧缺糖+GRIP1 siRNA组11.470±1.679b3.781<0.05
OPCs+cAMP+缺氧缺糖+GRIP2 siRNA阴性对照组19.070±1.106a14.55<0.05
OPCs+cAMP+缺氧缺糖+GRIP2 siRNA组14.448±0.849c5.741<0.01

注:OPCs:少突胶质前体细胞;GRIP:谷氨酸受体相互作用蛋白;cAMP:环磷酸腺苷;siRNA:小干扰RNA;与OPCs空白对照组比较,aP<0.05;与OPCs+cAMP+缺氧缺糖+GRIP1 siRNA阴性对照组比较,bP<0.05;与OPCs+cAMP+缺氧缺糖+GRIP2 siRNA阴性对照组比较,cP<0.01 OPCs:oligodendrocyte precursor cells;GRIP:glutamate receptor interacting protein;;cAMP:cyclic adenosine monophosphate;siRNA:small interfering RNA;compared with the blank control group,aP<0.05;compared with the OPCs+cAMP+oxygen glucose deprivation+GRIP1 siRNA negative control group,bP<0.05;compared with the OPCs+cAMP+oxygen glucose deprivation+GRIP2 siRNA negative control group,cP<0.01

2.5 GRIPs表达的变化对OPCs内钙离子浓度的影响

实验结果表明OPCs空白对照组Fluo-4探针几乎未与钙离子结合,缺氧缺糖组Fluo-4探针与钙离子结合的最多,加入cAMP后,结合量有所减少,再转染GRIP后,钙离子结合量进一步减少。siRNA组较NC组钙离子结合明显降低,差异有统计学意义(图4表4)。

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图4
免疫荧光检测不同处理条件下OPCs内钙离子浓度(×200) A~G分别为OPCs空白对照组、OPCs+缺氧缺糖组、OPCs+cAMP+缺氧缺糖组、OPCs+cAMP+缺氧缺糖+GRIP1 siRNA组、OPCs+cAMP+缺氧缺糖+GRIP1 siRNA阴性对照组、OPCs+cAMP+缺氧缺糖+GRIP2 siRNA组、OPCs+cAMP+缺氧缺糖+GRIP2 siRNA阴性对照组
Figure 4
Immunofluorescence detection of calcium ion concentration in OPCs under different treatment(×200) A-G respectively represent OPCs blank control group,OPCs+oxygen glucose deprivation group,OPCs+cAMP+oxygen glucose deprivation group,OPCs+cAMP+oxygen glucose deprivation+GRIP1 siRNA group,OPCs+cAMP+oxygen glucose deprivation+GRIP1 siRNA negative control group,OPCs+cAMP+oxygen glucose deprivation+GRIP2 siRNA group,OPCs+cAMP+oxygen glucose deprivation+GRIP2 siRNA negative control group
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注:OPCs:少突胶质前体细胞;GRIP:谷氨酸受体相互作用蛋白;cAMP:环磷酸腺苷;siRNA:小干扰RNA OPCs:oligodendrocyte precursor cells;GRIP:glutamate receptor interacting protein;cAMP:cyclic adenosine monophosphate;siRNA:small interfering RNA

图4
免疫荧光检测不同处理条件下OPCs内钙离子浓度(×200) A~G分别为OPCs空白对照组、OPCs+缺氧缺糖组、OPCs+cAMP+缺氧缺糖组、OPCs+cAMP+缺氧缺糖+GRIP1 siRNA组、OPCs+cAMP+缺氧缺糖+GRIP1 siRNA阴性对照组、OPCs+cAMP+缺氧缺糖+GRIP2 siRNA组、OPCs+cAMP+缺氧缺糖+GRIP2 siRNA阴性对照组
Figure 4
Immunofluorescence detection of calcium ion concentration in OPCs under different treatment(×200) A-G respectively represent OPCs blank control group,OPCs+oxygen glucose deprivation group,OPCs+cAMP+oxygen glucose deprivation group,OPCs+cAMP+oxygen glucose deprivation+GRIP1 siRNA group,OPCs+cAMP+oxygen glucose deprivation+GRIP1 siRNA negative control group,OPCs+cAMP+oxygen glucose deprivation+GRIP2 siRNA group,OPCs+cAMP+oxygen glucose deprivation+GRIP2 siRNA negative control group
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表4

不同处理条件下OPCs内钙离子检测荧光强度分析(±s)

Table 4

Fluorescence intensity analysis of calcium ion detection in OPCs under different treatment conditions(±s)

表4

不同处理条件下OPCs内钙离子检测荧光强度分析(±s)

Table 4

Fluorescence intensity analysis of calcium ion detection in OPCs under different treatment conditions(±s)

组别钙离子检测荧光强度tP
OPCs空白对照组0.050±0.005  
OPCs+缺氧缺糖组0.074±0.003a6.281<0.01
OPCs+cAMP+缺氧缺糖组0.066±0.001b3.565<0.05
OPCs+cAMP+缺氧缺糖+GRIP1 siRNA组0.054±0.003b7.208<0.05
OPCs+cAMP+缺氧缺糖+GRIP1 siRNA阴性对照组0.067±0.002b3.051<0.05
OPCs+cAMP+缺氧缺糖+GRIP2 siRNA组0.060±0.003b5.061<0.05
OPCs+cAMP+缺氧缺糖+GRIP2 siRNA阴性对照组0.067±0.002b3.041<0.05

注:OPCs:少突胶质前体细胞;GRIP:谷氨酸受体相互作用蛋白;cAMP:环磷酸腺苷;siRNA:小干扰RNA;与OPCs空白对照组比较,aP<0.01;与OPCs+缺氧缺糖组比较,bP<0.05 OPCs:oligodendrocyte precursor cells;GRIP:glutamate receptor interacting protein;cAMP:cyclic adenosine monophosphate;siRNA:small interfering RNA;compared with the OPCs blank control group,aP<0.01;compared with the OPCs+oxygen glucose deprivation group,bP<0.05

3 讨论

脑白质损伤是早产儿脑损伤的主要形式,其病理特点主要包括少突胶质细胞损伤、数量明显缺少,缺血缺氧与炎性反应在早产儿脑损伤的发病中起重要作用。脑白质损伤发病高峰时期是23~32周出生的早产儿。此时期脑白质中约90%为分化十分活跃的OPCs,少突胶质细胞具有成熟依赖的高度易损性[1,2,3,4]

少突胶质细胞表达的谷氨酸受体主要是AMPA受体。AMPA受体包括谷氨酸受体(GluR)1~4四种亚基,GluR2经过mRNA转录及Q/R位点的编辑,谷氨酸被精氨酸残基取代,阻断Ca2+内流,不具备钙通透性。而非编辑或缺乏GluR2亚单位的同聚体或异聚体均为钙透性AMPA受体。少突胶质细胞AMPA受体表达GluR2亚基较少,对钙离子的通透性高。胎儿期间及出生后早期脑内Ca2+通透性AMPA受体数量最高。而缺氧缺糖会进一步减少GluR2亚基的表达,增加其对缺血缺氧的敏感性[2,3,4,5,6]

生理条件下,AMPA受体多方面影响OPCs的发育和生存,包括迁移、增殖、分化和核内早期基因。谷氨酸作用于少突胶质细胞胞膜上的AMPA受体,调节OPCs从不成熟向成熟少突胶质细胞发育[3,7,8,9]。轴突与OPCs形成突触,AMPA受体引导OPCs向轴突募集,调节髓鞘形成。Ca2+通透性AMPA受体适当活动刺激OPCs增殖。而AMPA受体介导过强的兴奋性影响OPCs的生存。兴奋性细胞毒性刺激下,引起细胞凋亡。胎儿未成熟OPCs中的AMPA受体高表达,且AMPA受体缺乏GluR2亚单位,对Ca2+有更高的通透性,与神经元比较,OPCs遭受谷氨酸的毒性作用更多、更强[9,10,11,12,13],缺氧缺血导致谷氨酸在胞外大量堆积,激活AMPA受体,钙离子大量内流,OPCs损伤和凋亡增加,分化被阻断,成熟少突胶质细胞减少,髓鞘形成延迟,使脑白质髓鞘化进程受阻。因此OPCs凋亡与损伤关系到新生儿髓鞘结构的形成。OPCs极易遭受缺血缺氧或感染等因素的影响,AMPA受体介导的谷氨酸兴奋性毒性作用是少突胶质细胞损伤的主要原因之一。

GRIP是含PDZ结构域的谷氨酸受体相互作用蛋白,调节AMPA受体亚基分布的关键蛋白[2],对兴奋性突触上的AMPA受体聚集起重要作用。AMPA受体合成后的转运与突触后膜锚定、内吞均依赖于GRIPs [3,6,8,9,10,11]。GRIP1与GRIP2表达于中枢神经系统的许多区域,并富含于突触后致密区(PSD)。GRIP1在兴奋性突触上与AMPA受体共存,与GluR2在胞体及树突有广泛的交叠现象。GRIP调节AMPA受体的运输,调配胞质内和细胞膜上的数量。神经元无活动时,突触池内GRIP1增加,且GRIP1与AMPA受体结合增加,AMPA受体稳定在突触表面;以便突触后膜为兴奋性冲动做足储备。而同时,胞质内GRIP1-GluR2的结合被中断,释放胞内AMPAR并向胞膜移动。当神经元活动时,GRIP1解除与AMPAR结合,利于AMPA受体与谷氨酸在突触后膜结合发挥功效;GRIP1的移去也使细胞表面的AMPA受体减少,调控AMPA受体数量和突触活动。GRIP1从突触向胞质内集聚[3,14,15],为下一次的结合与移动做准备。因此,AMPA受体兴奋产生细胞损伤,其关键是AMPA受体在细胞内运输、内吞、胞膜锚定。本研究显示在糖氧剥夺条件下,OPCs的GRIPs的mRNA和蛋白表达增高,细胞凋亡增加,通过siRNA下调GRIP,OPCs损伤减轻,提示GRIP参与OPCs损伤。

Deng等[16]研究显示缺氧引起OPCs细胞膜表面GluR2(编辑状态)下调,Ca2+通透性AMPA受体数量大幅增加。缺氧缺血条件下,脑白质大量堆积谷氨酸,AMPA受体过分活化介导的大量钙内流。细胞内Ca2+超载引起OPCs损伤增多。因GRIP承担运输、固定AMPA受体于OPCs表面,助推Ca2+通透性AMPA受体兴奋性毒性损伤;在神经元方面,GRIP将Ca2+通透性AMPA受体( GluR2/3)固定于OPCs与谷氨酸能神经元形成的突触后膜上,加强OPCs对谷氨酸的敏感度和易损度[16,17]。缺血条件下未成熟脑内GluR2Q/R位点编辑水平低下。同时,脑内编辑过程中的主要限速酶-双链RNA(dsRNA)特异性腺苷脱氨酶(ADAR2),在未成熟脑表达低下[18]。为了消减因新生鼠ADAR2酶减少的作用,本研究给予GluR2的编辑酶-ADAR2表达的正向调控剂——不易分解的cAMP类似物处理糖氧剥夺OPCs,同时通过RNAi干扰技术封闭GRIPs的表达。实验结果显示:经siRNA干扰处理后,OPCs细胞内钙含量减少,凋亡细胞减少,提示阻断GRIPs,可能减少OPCs的GluR-GRIP结合数量,影响细胞膜及突触后膜AMPA数量,干扰突触功能发挥,而减少AMPA受体兴奋性毒性损伤。

新生儿期是髓鞘形成关键期,中枢对谷氨酸兴奋毒性异常敏感。缺血缺氧后Ca2+通透性AMPA受体被异常激活是早产儿脑白质损伤的主要机制[6,7]。GRIP在兴奋性突触AMPA受体的聚集、功能调节中起作用。改变GRIPs的表达,影响AMPA兴奋性毒性作用。研究GRIPs在缺氧致OPCs变性中的作用与程度,是寻求治疗新生儿脑白质损伤的新方向。

利益冲突
利益冲突

所有作者均声明不存在利益冲突

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