老化小膠質細胞影響多巴胺能神經元存活率的研究

曹丹 任艷 羅曉光 魏玲

帕金森病(parkinson disease, PD)是一種中老年常見的中樞神經系統慢性炎癥性疾病, 小膠質細胞(Microglia, MI)介導的神經免疫炎癥反應在PD發病過程中發揮著關鍵的作用［1］。MI是中樞神經系統固有的巨噬細胞及免疫細胞, 在腦部炎癥、腦缺血、阿爾茨海默病、PD等多種中樞神經系統病變中發揮著修復和損傷的雙重作用。有研究證實MI老化后其功能由神經保護向神經損傷轉變。因此, 本實驗擬建立老化MI與受損的PC12神經元共育的微環境模擬PD細胞模型來觀察老化MI對多巴胺(dopamine, DA)能神經元生存的影響。現報告如下。

1 材料與方法

1.1 MI培養 MI細胞為原代大鼠的神經MI, 購于PriCells生物醫藥科技有限公司。取對數生長期細胞用于實驗, 以4×105/孔種植于篩板中 , 以終濃度 100 ng/ml 佛波酯 (PMA)刺激MI細胞72 h后換掉含有PMA的培養液, 并磷酸緩沖鹽溶液(PBS)清洗3遍作為共育時所需老化MI。

1.2 PC12傳代培養 復蘇后的PC12細胞(購于中國科學院細胞研究所)種于RPMI1640培養液中培養(購于Hyclone公司, 美國), 于 37℃、5%CO2培養箱中孵育。PC12細胞呈半懸浮狀態生長, 傳代7～8次后轉為貼壁生長。取對數生長期細胞用于實驗。

1.3 損傷PC12制備 以低劑量250 nM魚藤酮(購于Sigma,美國)刺激PC12細胞8 h后, 收集損傷PC12細胞于24孔板上。

1.4 實驗分組 將過度活化后的MI及轉移篩網移入生長有受損的PC12細胞內的培養板內, 實驗分為三組：①空白對照組: 培養的PC12細胞, 未給予任何處理藥物；②PC12+老化MI組：PC12與老化MI共育；③魚藤酮PC12+老化MI組：魚藤酮損傷PC12后與老化MI共育。以孔板培養皿和相應尺寸的轉移篩網建立兩種細胞的共育系統, 轉移篩網孔徑8 μm,能夠允許轉移篩網內外的大分子蛋白和液體交流, 但不允許細胞通過。共育24 h結束后移走轉移篩板及其上面的細胞,對收集PC12細胞進行PC12細胞凋亡檢測。

1.5 MI老化相關β-半乳糖苷酶(β-gal)染色 每孔加入300 μlβ-gal染色固定液 , 室溫固定 15 min；吸除細胞固定液 ,用PBS洗滌細胞3次；每孔加入300 μl染色工作液(試劑盒購于上海碧云天)；37℃無CO2溫箱孵育過夜；普通光學顯微鏡下觀察。

1.6 PC12細胞凋亡檢測 按照凋亡試劑盒說明(購于上海碧云天), 以磷脂結合蛋白(Annexin V-FITC)一碘化吡啶(PI)雙染進行細胞早期凋亡檢測。消化收集PC12細胞, 用冷PBS 充分洗滌細胞 2 次 , 250 μl結合緩沖液重新懸浮細胞 , 取195 μl的細胞懸液加入 5 μl Annexin V-FITC, 輕輕混勻后間隔3 min, 再加入 10 μl濃度為 20 ng/ml的 PI溶液 , 混勻后于室溫避光孵育 10 min, 加 300 μl結合緩沖液 , 輕輕混勻 , 流式細胞儀檢測, 每組均設3例樣本。

1.7 統計學方法 采用SPSS23.0統計學軟件對數據進行處理。計量資料以均數±標準差( -±s)表示, 采用 t檢驗；P＜0.05表示差異有統計學意義。

2 結果

2.1 老化MI形態鑒定 β-gal是一種鑒別細胞衰老的生物學標志。在pH=6.0, 隨著細胞老化, 胞內產生的藍色沉淀物也越多, 即染色陽性, 表明細胞進入衰老狀態。但對靜止期細胞、永生化細胞和腫瘤細胞中的β-gal活性不顯色。β-gal染色結果顯示, PMA刺激MI組藍染陽性細胞數明顯增加。

2.2 PC12細胞生長形態學變化 空白對照組為分化期PC12細胞, 胞體呈梭形或者三角形貼壁生長；PC12+老化MI組和魚藤酮PC12+老化MI組細胞形態變得不規則, 突起結構逐漸消失或者變短, 細胞體積逐漸變小, 變圓。

2.3 PC12細胞凋亡率測定 PC12+老化MI組和魚藤酮PC12+老化MI組的細胞凋亡率均顯著高于空白對照組, 差異具有統計學意義(P＜0.05), 且魚藤酮PC12+老化MI組的細胞凋亡率最高。見表1。

表1 三組干預后PC12細胞凋亡率比較(±s,%)

表1 三組干預后PC12細胞凋亡率比較(±s,%)

注 ：與空白對照組比較 , aP＜0.05

組別 例數 細胞凋亡率空白對照組 3 17.51±1.11 PC12+老化MI組 3 41.37±0.69a魚藤酮PC12+老化MI組 3 42.54±0.83a

3 討論

PD是一種中老年常見的中樞神經系統退行性病變, 其主要病理標志是路易小體形成和黑質區DA能神經元的死亡。其發病率隨年齡增長而顯著增加, 65歲以上人群發病率達1.7%, 80歲以上可達10%, 85歲以上的老人接近50%有輕度帕金森樣癥狀［2］。MI是中樞神經系統中最有代表性的免疫細胞, 發揮監測腦內異常變化的功能。MI對外界環境刺激非常敏感, 既可以通過吞噬組織中的病原體及有害顆粒對神經元起到保護作用, 也可以通過分泌炎性細胞因子對神經元起毒性作用。有研究證實MI老化后其功能由神經保護向神經損傷轉變。近年來, 眾多研究報道MI激活參與中樞黑質紋狀體炎癥過程, 從而加重PD的DA能神經元的變性凋亡過程［3］。動物實驗證實：低劑量魚藤酮對青年鼠的DA神經元沒有影響, 而在老年鼠則有 20%～30%的DA神經元死亡［4］,可見老化提高了DA神經元對神經毒素的敏感性。本研究推測老化MI可分泌各種炎性介質, 持續對周圍微環境施加影響。當腦內老化MI大量存在時, 腦內微環境發生改變, 遭遇病理刺激后發生過度炎癥反應, 引發氧化應激產物的大量釋放, 促進了DA神經元的死亡。

老化MI不僅釋放的炎癥介質顯著增多, 其對損傷的反應也發生顯著改變。這些老化MI并不會迅速死亡而是長期存在于腦內, 通過釋放炎性介質等持續對DA神經元生存的微環境施加負面影響, 最終導致DA神經元的大量死亡。PC12細胞因其在形態、生理、生化等功能特別是合成和儲存DA和去甲腎上腺素遞質上與中腦DA 能神經元功能十分接近而已成為體外替代DA 能神經元常見的細胞模型。本實驗中老化MI與損傷的PC12共培養體系模擬體內MI和DA能神經元的相互作用, 共培養后, 結果發現老化的MI顯著降低了正常PC12和受損PC12的存活率。提示在本實驗環境下,老化的MI不利于損傷神經細胞的恢復, 具有神經毒性作用。大量實驗發現過度激活的MI可以通過釋放大量毒性興奮性氨基酸等介導神經元損傷。

綜上所述, 本研究體外模擬MI與黑質DA能神經元間相互作用, 結果證實老化的MI明顯提高了DA能神經元的生存率, 其可能是通過持續的MI炎癥反應而發揮神經毒性作用導致神經病理改變。