GLUT1在甲基苯丙胺與HIV-Tat蛋白協同誘導大鼠血腦屏障通透性改變中的作用研究

張冬先，曾柏瑞，何永旺，楊根夢，曾曉鋒，李 楨

甲基苯丙胺(methamphetamine,METH)是苯丙胺類興奮劑，是目前最流行的新型合成毒品之一，具有明顯的精神依賴性、高復吸率和神經毒性等特點[1]，長期濫用對神經系統可產生顯著的毒性作用，并對濫用者的身心造成嚴重損害。HIV-Tat蛋白是HIV-1基因編碼的內源性蛋白分子，稱為反式轉錄激活因子，能促進HIV基因組轉錄和復制的激活。大量研究表明，METH與HIV-Tat蛋白能協同誘導神經細胞的毒性作用[2-3]，且METH和HIV-Tat蛋白可對血腦屏障產生嚴重影響[4-5]。血腦屏障(blood-brain barrier，BBB)是由腦組織內連續微小血管內皮細胞及其之間的緊密連接蛋白、周細胞和星形膠質細胞腳板共同圍成的神經膠質膜等構成[6]。葡萄糖轉運體-1(glucose transporter 1，GLUT1)是轉運葡萄糖通過BBB的重要轉運體之一，其以多種結構形式廣泛存在于多種細胞。GLUT1的表達情況與大腦中葡萄糖代謝轉運密切相關，某些疾病引起的病理狀態往往伴隨著GLUT1表達及其功能改變[6]，而METH和HIV-Tat蛋白對血腦屏障的影響是否具有協同作用及GLUT1是否參與上述作用的研究報道較少。本研究旨在探討METH和HIV-Tat蛋白誘導血腦屏障通透性改變過程中是否具有協同作用，且GLUT1是否參與協同作用的調節。現報道如下。

1 材料與方法

1.1 藥品和試劑雄性SD大鼠(體質量230～270 g)由昆明醫科大學動物實驗中心提供。甲基苯丙胺(純度>95%)由中國藥品生物制品鑒定所提供，用生理鹽水溶解成終濃度為2.5 g·L-1備用。HIV-Tat蛋白購自以色列PROSPEC公司，每支10 μg，用生理鹽水溶解成終濃度為0.1 mg·L-1備用。伊文思藍顆粒，每瓶1 g，購自昆明諾貝生物科技有限公司，用生理鹽水溶解成終濃度為2 mg·L-1備用。一抗：兔抗-GLUT1購自美國Santa Cruz Biotech公司；二抗：抗-鼠/兔均購自福州邁新生物技術開發有限公司試劑。

1.2 方法

1.2.1 BBB損傷動物模型的建立40只雄性SD大鼠隨機分成4組，對照組：每日腹腔注射生理鹽水10 mL·kg-1；METH組：每日腹腔注射METH 10 mg·kg-1；HIV-Tat蛋白組：每日尾靜脈注射HIV-Tat蛋白400 ng·kg-1；METH+HIV-Tat蛋白組：每日同時注射METH和HIV-Tat蛋白。持續給藥7 d。

1.2.2 伊文思藍Evans blue，EB注射和含量的測定麻醉藥物灌注取腦組織之前30 min，尾靜脈注射伊文斯藍(Evans blue，EB)(2 mL·kg-1)溶液，并通過觀察大鼠全身皮膚、黏膜、眼部等部位變為藍綠色后，證實EB溶液成功注入。由于EB的分子量大小與白蛋白相接近，EB進入血漿后可與白蛋白結合，因此EB常被用作BBB破壞的示蹤劑。灌注后所取的腦組織用玻璃勻漿器勻漿腦組織并加入3 mL甲酰胺溶液，54 ℃恒溫水浴箱中孵育36～48 h，然后離心15～20 min，取上清液測吸光度(λ=620 nm)，并根據標準曲線計算腦組織內EB的含量。

1.2.3 免疫組化將腦組織切片脫蠟水化，用3% H2O2室溫滅活內源性過氧化物酶5～10 min，用PBS洗3次，每次5 min。然后用山羊血清封閉30 min。加入兔抗-GLUT1抗體(1∶200)，4 ℃冰箱過夜。第二天切片室溫復蘇1 h后，加入兔多克隆二抗，37 ℃條件下孵育30 min。然后進行DAB 顯色、蘇木素復染、梯度酒精脫水、二甲苯透明等步驟，最后用中性樹膠封片。

1.2.4 Western Blotting取各組適量腦組織加入蛋白裂解液，在超聲破碎儀上破碎腦組織后于4 ℃、14 000 r·min-1離心10 min后取上清。用BCA試劑盒測定蛋白質濃度。隨后取適量蛋白混合5×蛋白上樣緩沖液，在沸水浴中煮10 min進行蛋白質變性。進行SDS PAGE電泳，并用半干電轉移法將蛋白質轉至PVDF膜,再用5%的脫脂奶粉封閉1 h，封口孵育一抗(1∶1 000)于4 ℃冰箱過夜。第二天用TBST洗膜10 min× 3 次，加二抗(1∶5 000 )室溫孵育 2 h，用TBST洗膜10 min，3次后ECL顯色液激發化學發光，曝光。應用Image J軟件分析灰度值。

2 結果

2.1 腦組織EB含量結果正常對照組EB含量為(0.27±0.05) μg·g-1，METH組為(1.16±0.06) μg·g-1，HIV-Tat蛋白組為(0.57±0.05) μg·g-1，METH+HIV-Tat蛋白組為(3.20±0.05) μg·g-1。與對照組相比，METH組、HIV-Tat蛋白組和METH+HIV-Tat蛋白組EB含量明顯升高(P<0.05)。與METH+HIV-Tat蛋白組相比，METH組和HIV-Tat蛋白組EB含量明顯減少(P<0.05)。

2.2 GLUT1蛋白免疫組化的結果免疫組化結果顯示：GLUT1對照組、METH組、HIV-Tat蛋白組和METH+HIV-Tat蛋白組均有不同程度的表達。陽性結果表現為血管壁呈棕黃色，GLUT1定位于包膜上。與對照組比較，METH組、HIV-Tat蛋白組和METH+HIV-Tat蛋白組陽性信號均不同程度降低；與METH組和HIV-Tat蛋白組相比，METH+HIV-Tat蛋白組表達GLUT1水平明顯降低。見圖1。

A：對照組；B：METH組；C：HIV-Tat蛋白組；D：METH+HIV-Tat蛋白組。各組表達GLUT1水平逐漸降低。圖1 GLUT1蛋白免疫組化結果(DAB，×200)

2.2.1 GLUT1陽性細胞的平均光密度值檢測各組GLUT1表達的平均光密度值結果如下：對照組平均光密度值為0.925 2±0.119 2、METH組為0.533 1±0.037 9、HIV-Tat蛋白組為0.870 4±0.058 3、METH+HIV-Tat蛋白組為0.336 0±0.042 2。與對照組相比，METH組、HIV-Tat蛋白組和METH+HIV-Tat蛋白組表達GLUT1陽性細胞的光密度值降低(P<0.05)，與METH+HIV-Tat蛋白組相比，METH組和HIV-Tat蛋白組表達水平有升高(P<0.05)。

2.3 GLUT1蛋白表達的WB結果與對照組相比，METH組、HIV-Tat蛋白組和METH+HIV-Tat蛋白組GLUT1表達水平明顯降低(P<0.05)；與METH+HIV-Tat蛋白組相比，METH組和HIV-Tat蛋白組表達GLUT1水平有所升高(P<0.05)。見圖2。

A：GLUT1蛋白的WB表達結果；B：GLUT1/β-actin的表達情況。①與對照組比較，P<0.05；②與METH+HIV-Tat蛋白組相比，P<0.05。圖2 GLUT1的表達情況

3 討論

METH對中樞神經系統具有較強烈的神經毒性。以往研究認為，METH系陽離子脂溶性分子，易通過BBB直接作用于中樞神經系統導致神經毒性，且此過程中METH并不破壞BBB的結構與功能。然而，最近研究表明，METH可以改變BBB內緊密連接蛋白的正常表達水平，降低腦微血管內皮細胞(brain microvascular endothelial cells，BMVEC)跨內皮的阻抗作用，同時增強免疫細胞跨內皮層遷移的運動能力[7]。此外，METH能夠通過減少緊密連接蛋白的表達和增加反應活性氧化產物來提高BMVEC的通透性[4，8]。而本研究發現，與對照組相比，METH組大鼠BBB對EB通透性明顯升高(P<0.05)，說明METH可改變BBB的通透性。而且，HIV-Tat組大鼠BBB對EB的通透性增加。說明HIV-Tat蛋白可改變BBB的通透性。

METH的濫用增加了HIV感染的風險，并促進HIV感染所致的神經毒性[2]。HIV-Tat蛋白同樣可以加重METH的神經毒性作用[9]。本研究發現，與對照組相比，HIV-Tat組大鼠BBB對EB的通透性增加，說明HIV-Tat蛋白可改變BBB的通透性。大量研究表明，METH與HIV-Tat蛋白不僅具有相互作用，兩者還具有顯著的協同神經毒性作用[2,5,10]。本課題組之前研究已證實METH與 HIV-Tat 蛋白可協同誘導氧化應激反應，可能與其改變血腦屏障通透性作用有關[11]。此外，有研究發現，HIV-Tat蛋白能改變緊密連接蛋白的表達水平以及結構功能[12]。本研究發現，分別與對照組、METH組和HIV-Tat蛋白相比，METH+HIV-Tat蛋白組腦組織中EB含量明顯升高(P<0.01)，說明METH與HIV-Tat蛋白可協同誘導BBB通透性的改變。

GLUT1可調控多種組織細胞尤其是腦組織細胞的血糖水平，同時也是決定腦組織葡萄糖轉運及其代謝的關鍵因素。GLUT1在BBB毛細血管內皮細胞中高度特異性表達。在正常情況下腦組織是需要完全依賴葡萄糖作為供能物質，因此葡萄糖轉運在腦能量代謝過程中顯得尤其重要[6]。METH和HIV-Tat不僅對神經系統具有毒性作用，而且還能協同改變BBB的通透性，此外，本研究發現GLUT1在此過程中發揮著重要作用。本研究免疫組化和WB結果均發現，與對照組相比，METH組，HIV-Tat組和METH+HIV-Tat組表達GLUT1水平不同程度降低，說明GLUT1在METH與HIV-Tat蛋白協同誘導大鼠血腦屏障通透性改變中起重要作用。