雷帕霉素對PC12細胞氧糖剝奪損傷的保護作用

齊倩倩， 常明則， 張格娟， 李 斌， 史文珍， 李仕林， 田 曄

雷帕霉素對PC12細胞氧糖剝奪損傷的保護作用

齊倩倩， 常明則， 張格娟， 李 斌， 史文珍， 李仕林， 田 曄

目的 探討雷帕霉素對PC12細胞氧糖剝奪損傷(oxygen and glucose deprivation,OGD)的作用。方法 選取處于對數生長期的PC12細胞，分為正常組、OGD組、溶劑組和1 nmol、10 nmol、100 nmol、500 nmol雷帕霉素組，OGD同時給予雷帕霉素處理，8 h后通過倒置顯微鏡觀察細胞形態學的變化、MTT法檢測細胞存活率的變化以及LDH活性檢測細胞受損程度。結果 與正常組相比，單純OGD組細胞活性明顯下降，且具有統計學意義(P<0.05)；與溶劑組相比，1、10、100、500 nmol雷帕霉素組細胞存活率均存在不同程度的增高，其中10、100、500 nmol組具有統計學意義(P<0.05)。結論 雷帕霉素對PC12細胞OGD損傷具有保護作用。

PC12細胞； OGD； 雷帕霉素

腦梗死是導致人類死亡的三大主要疾病之一，存活者50%～70%患者遺留有嚴重殘疾，給家庭和社會帶來了沉重的負擔[1,2]。然而，腦梗死至今仍缺乏安全有效的治療措施，目前應用的溶栓治療雖然具有肯定效果，但是因其嚴格的時間限制和出血等嚴重并發癥使其應用受限。因此積極尋找有效的治療藥物勢在必行。雷帕霉素是從吸水鏈霉菌屬中提煉出來的一種新型大環內酯類抗生素，其最初作為一種抗真菌藥物使用[3～5]。近年來有研究表明，雷帕霉素在神經系統退行性疾病中發揮著保護作用，但是其在腦梗死中的作用仍不明確。本文采用PC12細胞氧糖剝奪模型，給予不同濃度的雷帕霉素干預，通過觀察細胞形態學的改變以及細胞存活率的變化，探討雷帕霉素在PC12細胞OGD損傷中是否發揮保護作用；為腦梗死治療提供新的治療藥物。

1 材料與方法

1.1 主要試劑和儀器 1640培養基、MTT、胎牛血清和胰酶均購于西安依科生物有限公司，DMSO、馬血清購于Sigma公司； Rapamycin，購于Cayman Chemical公司；真空干燥器，四川蜀牛公司；二氧化碳細胞培養箱，Sellab公司；倒置激光共聚焦顯微鏡FV300，Olympus公司；超凈工作臺，Airtech公司，酶聯免疫檢測儀，Biotek公司；96孔板震蕩儀，Thermo公司；多溫度式水浴鍋，上海精宏公司。

1.2 實驗細胞及其分組 PC12細胞，購于上海中科院；選取處于生長對數期的細胞，隨機分為以下7組：正常組、單純OGD組、溶劑組和1 nmol、10 nmol、100 nmol、500 nmol雷帕霉素組。

2 實驗方法

2.1 PC12細胞培養 PC12細胞培養液為完全培養基(1640培養基+5%胎牛血清+10%馬血清+1%青霉素-鏈霉素100×)，置于37 ℃、95% CO2、5% O2孵箱中培養，隔日換培養基，當細胞匯合度達80%左右，進行細胞傳代。

2.2 OGD模型的建立 選取生長狀況良好的PC12細胞，消化離心后以適宜的密度接種于96孔板或者培養瓶中。把含血清的培養液換成無糖無血清的Hepes緩沖液，然后將96孔板或培養瓶放在缺氧裝置中(裝置見圖1)。用電動吸痰器抽盡裝置內的空氣，然后小流量充入氮氣和二氧化氮的混合氣體，最后放入37 ℃的細胞培養箱中培養一定的時間。

2.3 MTT 選取處于生長對數期的細胞，按照4×105密度，200 μl接種于96孔板中。每孔加入20 μl的MTT溶液，錫箔紙避光，放入37 ℃培養箱中孵育4 h。4 h后取出96孔板，小心吸棄上清，每孔加入150 μl DMSO，在96孔板震蕩儀中震蕩10 min，充分溶解紫色結晶。在酶聯免疫檢測儀上檢測各孔的吸光度值(OD)，選取波長為490 nm，記錄結果。

2.4 LDH 乳酸脫氫酶(lactate dehydrogenase,LDH)活性檢測，在一定程度上可判斷細胞受損情況。LDH在正常情況下存在活細胞胞漿中，在缺氧等應激環境中可導致細胞膜通透性發生變化，胞漿中的LDH即被釋放到細胞外，LDH釋放量與細胞的死亡數近似成正比，與吸光度成正比。因此，檢測細胞培養液中的LDH釋放量，可以反映細胞的損傷程度。

3 實驗結果

3.1 OGD模型的成功建立 正常情況下，細胞形態呈不規則圓形，細胞透光性強，貼壁生長；單純OGD組細胞數量明顯減少，部分細胞漂浮，貼壁細胞胞體略變小，透光性較差(見圖2A)。MTT結果顯示：與正常組相比，單純OGD組細胞相對活性下降約43%，具有顯著的統計學意義(P<0.001)，證明OGD模型成功建立(見圖2B)。LDH活性檢測法得到的結果與MTT比色法趨勢一致，與正常組相比，單純OGD組LDH活性增加約6倍，具有顯著的統計學意義(P<0.001)。

3.2 雷帕霉素對PC12細胞OGD損傷具有保護作用 與單純OGD組相比，溶劑組細胞形態學并未發生明顯改變，細胞數量也沒有明顯減少，說明DMSO對細胞沒有明顯的毒副作用。與溶劑組相比，雷帕霉素組細胞數量明顯增多，形態呈不規則狀(見圖3A)。與正常組相比，單純OGD組和溶劑組細胞存活率均明顯下降，存在統計學意義(P<0.05)，單純OGD組和溶劑組兩組之間無統計學意義(P>0.05)(見圖3B)。與溶劑組相比，雷帕霉素組細胞存活率增加(P<0.05)。

3.3 不同濃度雷帕霉素對PC12細胞OGD損傷的保護作用 與正常組相比，單純OGD組細胞密度減少，部分細胞漂浮，細胞變小形態變圓，狀態較差。不同濃度雷帕霉素組的細胞數量比溶劑組增多，且以100 nmol濃度的雷帕霉素最明顯(見圖4A)。MTT結果顯示：與正常組相比，單純OGD組細胞活性下降約50%；與溶劑組相比，10 nmol、100 nmol、500 nmol雷帕霉素組細胞的存活率均有不同程度的升高(P<0.05)，其中100 nmol作用最明顯(見圖4B)。LDH活性檢測也得到了類似趨勢，與正常組相比，單純OGD組LDH釋放量增加約6倍。與溶劑組相比，10 nmol、100 nmol、500 nmol雷帕霉素處理組LDH的釋放量均不同程度的降低，均有統計學意義(P<0.05)(見圖4C)。同樣100 nmol作用最明顯，且P<0.001，具有統計學意義。

圖1 OGD裝置示意圖

圖3 A：雷帕霉素對PC12細胞OGD損傷后形態學的影響。B：雷帕霉素對PC12細胞OGD損傷后存活率的影響。Vehicle=DMSO，標尺=50 μm，n=3，與control比較*P<0.05;與Vehicle比較#P<0.05

圖4 A：不同濃度雷帕霉素對PC12細胞形態學的影響。B：不同濃度雷帕霉素對PC12細胞OGD損傷后存活率的影響。C：不同濃度雷帕霉素對PC12細胞OGD損傷后LDH活性的影響。Vehicle=DMSO，n=3，與control比較*P<0.05，**P<0.001；與Vehicle比較#P<0.05，##P<0.001

4 討 論

本文中采用的OGD裝置是本課題小組自制，其具有密閉性良好、體積小和操作簡單方便等優點，可以較好地模擬腦缺血。

雷帕霉素是一種新型大環內酯類抗生素，最初作為抗真菌藥物而應用于臨床，后來又逐漸發現了其它功能，如免疫抑制作用和抗增殖特性等等。近年來，研究者發現雷帕霉素在神經系統退行性疾病中具有保護作用[6～8]。在腦缺血損傷領域中雖然也有相關的研究，但是關于雷帕霉素的作用尚未統一，仍然存在爭議。因此，仍然需要大量的實驗來明確雷帕霉素在腦缺血損傷中的作用。2011年Chauhan A等研究者發現在SD大鼠MCAO模型中，成功建模1 h后給予不同濃度的雷帕霉素(50 g/kg、150 μg/kg、250 μg/kg)干預，發現給予150 μg/kg、250 μg/kg雷帕霉素實驗組大鼠受損的運動功能得到改善，并且顯著地逆轉了丙二醛、谷胱甘肽、一氧化氮和髓過氧化物酶等炎癥因子水平的增加，從而發揮了神經保護作用[9]。Tomasz Urbanek等研究者發現，在HUVEC細胞OGD同時給予100 nmol雷帕霉素干預6 h后，提高了細胞存活率。由此可見，上述研究者均認為雷帕霉素在腦梗死動物模型中發揮神經保護作用[10]。然而也有部分研究者持相反觀點，認為雷帕霉素加劇了腦缺血損傷。2015年Weiner GM等研究者發現在胎鼠原代神經元OGD模型中，OGD同時給予雷帕霉素干預，雷帕霉素組細胞LDH釋放量增加，說明在該實驗條件下雷帕霉素是加重神經元損傷的。同時在體實驗中發現雷帕霉素

增加了腦梗死體積[11]。Maria Dolores P等研究者發現在原代星形膠質細胞OGD模型中，給予雷帕霉素干預后加劇了細胞的死亡[12]。關于雷帕霉素在腦缺血損傷中矛盾的角色，可能與模型建立、研究對象、給藥時間、給藥濃度和研究條件的不同有一定的關系。

在本實驗中，PC12細胞OGD 8 h后，與正常組相比，單純OGD組細胞存活率下降約50%。而給予1 nmol、10 nmol、100 nmol、500 nmol雷帕霉素干預后，與溶劑組相比，細胞存活率均存在不同程度的增高，100 nmol組細胞存活率最高。其中10、100、500 nmol均具有統計學意義。因此在本實驗中，濃度為10 nmol、100 nmol和500 nmol的雷帕霉素對PC12細胞的OGD損傷均具有保護作用，且以100 nmol作用最為明顯。在接下來的實驗中，本課題小組將繼續探討雷帕霉素發揮保護作用的機制，為雷帕霉素的臨床應用提供一定的理論基礎。

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The effect of rapamycin on PC12 cells injured by oxygen and glucose deprivation

QIQianqian,CHANGMingze,ZHANGGejuan,etal.

(DepartmentofNeurology,Xi’anNo.3Hospital,Xi’an710018,China)

Objective To investigate the effect of rapamycin on PC12 cells injured by oxygen and glucose deprivation.Methods The PC12 cells which in the logarithmic phase were randomly divided into control,OGD,vehicle,1,10,100,500 nmol rapamycin groups.Rapamycin was added to the medium directly at the start of OGD.We observed the morphology changes of PC12 cells by inverted microscope after OGD,evaluated the survival rate of PC12 cells challenged with the MTT assay.Results Compared with the control group,the PC12 cells activity of OGD group was significantly decreased (P<0.05),compared with the vehicle group,the cell survival rates of 1,10,100,500 nmol rapamycin groups were increased in a varying degrees,and cell survival rates of the 10,100,500 nmol have statistically significant (P<0.05).Conclusion Rapamycin has a protective effect in OGD injury of PC12 cells.

PC12 cell; OGD; Rapamycin

1003-2754(2017)06-0494-03

2016-12-15；

2017-03-29

國家自然科學基金(No.H0906)；陜西省自然科學基金(No.2014JM4139)

(陜西省西安市第三醫院神經內科，陜西 西安 710018)

田 曄，E-mail：chhty@sina.com

R743.3

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