鐵對過表達α-syn誘發iPC12細胞內鈣離子增多影響

張靜嫻,陳蕾蕾,謝俊霞

(青島大學腦科學與疾病研究院,山東省神經相關疾病的機制與防治重點實驗室,山東省沿海地區神經退變疾病協同創新中心,山東 青島 266071)

作為全球第二位的神經退行性疾病，帕金森病(PD)病理特點是黑質區多巴胺能神經元丟失，且殘存的細胞內存在以α-突觸核蛋白(α-syn)聚集體為主的路易小體并伴有鐵沉積[1-3]。研究表明，寬尖峰動作電位、自主起搏電活動、胞漿鈣振蕩和較低的鈣緩沖能力是黑質區多巴胺能神經元區別于其他神經元的重要生理特征，而這種差異可能是PD黑質區多巴胺能神經元選擇性丟失的重要原因[4-5]。PD中鈣穩態失調可以通過增加超氧化物和活性氧的產生使氧化應激水平升高，而氧化應激增加是PD中多巴胺能神經元死亡的機制之一[6-8]。引起PD中鈣穩態失衡可能與α-syn聚集和鐵沉積有關，但具體機制尚未完全闡明[9-11]。有研究顯示，聚集形式的α-syn和枸櫞酸鐵銨(FAC)均可以使原代神經元細胞質中鈣離子增加[9-12]。最近研究表明，經錯誤折疊后寡聚體形式的α-syn可使細胞膜完整性破壞，細胞內鈣離子增多并誘發鐵死亡[11]。然而，鐵過載能否加劇α-syn誘發細胞內鈣離子增多這一過程，目前尚不清楚。本研究擬應用多西環素(DOX)誘導iPC12細胞高表達α-syn，并在該細胞模型上探討FAC對過表達α-syn誘發iPC12細胞內鈣離子增多的影響。現將結果報告如下。

1 材料和方法

1.1 實驗材料

本實驗所用的iPC12細胞系為穩轉外源(人)SNCA(A53T)PC12細胞系，PC12細胞系是大鼠腎上腺髓質嗜鉻細胞瘤分化細胞株；DMEM高糖培養液和胰蛋白酶購于Hyclone公司；胎牛血清購于依科賽公司；馬血清和GENETIXIN購于Gibco公司；FAC、去鐵銨(DFO)、鈣比色測定試劑盒和DOX均購于Sigma公司；潮霉素B購于賽默飛公司；磷酸酶抑制劑(04906837001)購于羅氏公司；其他試劑均為國產分析純。

1.2 細胞培養

細胞培養實驗非無菌器具均高壓滅菌烘干后使用。待所用培養液在37 ℃水浴鍋中預熱后，將液氮凍存的細胞取出，迅速放置在37 ℃水浴鍋中，快速搖晃至完全融開，將全部細胞懸液轉移至10 mL已預熱的完全培養液中，吹打均勻后以1 000 r/min離心5 min。離心后棄上清液，用5 mL完全培養液重懸細胞，然后轉移至25 cm3的培養瓶中，將培養瓶放在細胞培養箱中靜置培養(37 ℃、含體積分數0.05 CO2)。每4～5 d傳代1次，傳代3次后以1×108/L接種于六孔板中，每孔加2 mL完全培養液。細胞匯合度達70%～80%時進行后續處理。

1.3 實驗分組及處理

為觀察鐵過載對iPC12細胞內鈣離子的影響，將細胞隨機分為對照組、DOX組、DOX+FAC組和DOX+DFO組。對照組用細胞培養液處理48 h，DOX組用2 mg/L的DOX處理48 h，DOX+FAC組細胞先給予2 mg/L的DOX處理24 h后再用100 μmol/L的FAC處理24 h，DOX+DFO組給予2 mg/L的DOX處理24 h后再用100 μmol/L的DFO處理24 h。

1.4 細胞內鈣離子測定

六孔板藥物處理完畢，負壓吸取上清后，使用0.01 mol/L的PBS潤洗1次，吸凈液體，每孔加入100 μL細胞裂解液，置冰上裂解半小時后，用刮板盡可能將細胞刮下，并轉移至1.5 mL的EP管中，4 ℃下以12 000 r/min離心30 min后，吸取85 μL上清。鈣比色測定試劑盒平衡至室溫后，將標準品用雙蒸水稀釋至每孔0、0.4、0.8、1.2、1.6和2.0 μg。每孔加入待測樣本40 μL，然后用雙蒸水補足至體積50 μL。在標準品孔和待測樣本孔中分別加入90 μL顯色試劑，然后每孔加入60 μL鈣緩沖試劑，輕輕混勻后在37 ℃環境中避光孵育15 min。用酶標儀(SpectraMax M5，Molecular Devices)在波長575 nm處測量標準品和待測樣本的吸光度值。

1.5 統計學分析

2 結 果

2.1 鐵過載對過表達α-syn誘發細胞內鈣離子增多的影響

對照組、DOX組和DOX+FAC組的細胞內鈣離子濃度分別為(0.192±0.007)、(0.237±0.005)和(0.292±0.017)mmol/L(n=3)，3組比較差異有統計學意義(F=43.84，P<0.05)。與對照組相比較，DOX組細胞內鈣離子濃度明顯升高，差異有統計學意義(q=3.187，P<0.05)；與DOX組相比，DOX+FAC組細胞內鈣離子濃度進一步升高，差異有統計學意義(q=4.074，P<0.05)。提示FAC可加劇過表達α-syn誘發的細胞內鈣離子水平升高。

2.2 DFO對過表達α-syn誘發細胞內鈣離子增多的影響

對照組、DOX組和DOX+DFO組的細胞內鈣離子濃度分別為(0.192±0.007)、(0.237±0.005)和(0.216±0.020)mmol/L(n=3)，3組比較差異有統計學意義(F=5.97，P<0.05)。與DOX組相比較，DOX+DFO組細胞內鈣離子濃度無明顯變化(q=1.430，P>0.05)。提示DFO對過表達α-syn誘發的細胞內鈣離子水平升高無明顯影響。

3 討 論

鈣是細胞內調控重要生命活動的第二信使，細胞質內的低鈣濃度(100 nmol/L)是細胞信號中靈敏激活鈣級聯反應的關鍵[13]。已有研究結果表明，PD中鈣穩態失調可以通過增加α-syn聚集和線粒體氧化應激對細胞產生損傷[6,14]。一方面，鈣除了調控α-syn分泌外，還可以與其C端結合，引起非淀粉樣成分結構域變化，促進β-折疊結構形成，從而促進α-syn聚集體的形成[14-15]；另一方面，鈣信號可以通過增加超氧化物和活性氧的水平來破壞線粒體復合體Ⅰ和Ⅲ[16]。

鈣促進α-syn聚集后，聚集的α-syn可以作用于細胞膜，導致鈣離子內流，也可以引起細胞氧化損傷[11]。鐵沉積作為PD的顯著病理特征，不僅可以促進α-syn聚集，還可以增加氧化應激水平[17-18]。鐵過載在神經元細胞上可以通過激活內質網上的Ryanodine受體，增加細胞內鈣離子的水平[12]。雖然α-syn聚集和鐵沉積分別會引起細胞內鈣離子水平升高，但卻鮮有研究報道二者共同作用對細胞內鈣離子的影響。本研究結果表明，鐵過載可以加劇α-syn誘導的細胞內鈣離子濃度增高，但是鐵和α-syn共同作用引起鈣離子變化的機制仍需要進一步研究。本研究結果還表明，DFO對過表達α-syn誘導的細胞內鈣離子增多無明顯影響。推測這可能是由于DFO不能進入細胞，無法有效阻斷鐵激活內質網上Ryanodine受體引起細胞內鈣離子增多的過程。黑質致密帶多巴胺能神經元自主起搏電活動主要依賴于L型鈣通道的Cav1.3亞型[19]。而且有文獻報道，早期PD病人大腦中Cav1.3/Cav1.2的表達比值增加[20]。由上述研究可知，L型電壓門控通道在PD的鈣穩態失衡中至關重要。因此，接下來的研究可進一步探索鐵和α-syn引起細胞內鈣離子增多時L型電壓門控通道的變化，這為后續研究PD中鈣穩態失衡機制提供了新的思路。但PD中鈣穩態失衡的具體機制以及PD中異常鈣離子如何流動還有待進一步研究探討。