氧化石墨烯通过激活小胶质细胞和神经元细胞的自噬促进β-淀粉样蛋白的清除

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阿尔茨海默症(Alzheimer disease,AD)是全世界范围内所占比例最高的痴呆症。在其众多致病因素中,β-淀粉样蛋白(β-amyloid,Aβ)占据首要地位。在AD患者大脑中,大量的Aβ聚集形成斑块分布在神经元周围,不仅由于自身毒性直接对神经元造成伤害,还可以通过影响小胶质细胞间接上调炎症水平对神经元造成损伤。而导致Aβ大量聚集最关键的原因是AD患者大脑内Aβ清除能力严重受损。鉴于Aβ清除障碍在AD致病机理中举足轻重的地位,在AD的众多治疗策略中,解决Aβ清除障碍被普遍认为是保护神经元和改善AD的关键方案。Aβ的清除途径不仅限于蛋白酶降解和血脑屏障外排等,自噬-溶酶体系统也同样为主要的清除途径之一,并且其功能障碍首要影响了Aβ的代谢平衡。在自噬-溶酶体清除系统中,小胶质细胞和神经元细胞通过细胞内自噬系统清除Aβ被认为是清除Aβ最有效且最安全的方式之一。但是在AD病理环境下,两种细胞的自噬功能均受到损伤。所以通过调节两种细胞的自噬行为来促进Aβ的降解清除是一种安全可行的恢复Aβ代谢平衡的方式。氧化石墨烯(Graphene oxide,GO)作为一种新型石墨烯衍生类碳纳米材料,在水分散体中具有着原始石墨烯没有的高稳定性,目前已被应用于诱导多功能干细胞的培养、癌症诊断、药物的递送、细胞生长等方面。近年来研究发现GO在诱导自噬方面也有很好的效果,但是尚未有在AD领域中的探索、研究和应用。因此在本实验中,探讨GO是否能通过诱导小胶质细胞以及神经元的自噬来促进Aβ的清除是很有必要的。综上所述,本篇主要探讨:1)GO本身是否具有诱导小胶质细胞和神经元细胞自噬的能力。2)GO诱导自噬的通路和机制。3)GO是否能通过调节小胶质细胞和神经元细胞的自噬行为进而促进Aβ的清除。4)GO是否能保护神经元。方法:将大尺寸GO进行超声处理36h后在电镜下观察其大小形态,以获取符合跨越血脑屏障尺寸要求的小尺寸GO。实验选用BV2(小胶质)细胞和SHSY5Y(神经元样)细胞。用GO分别处理两种细胞之后,利用MTT和Western Blot(WB)测定法检测GO对两种细胞是否有毒性以及是否可诱导两种细胞自噬,从而筛选出合适的GO作用条件用于实验。之后为满足不同实验要求设置对照组,将每种细胞分别分为了四组:CON(PBS)组;GO50(50μg/ml GO)组;GO100(100μg/ml GO)组;Rap(雷帕霉素)组。实验选用WB和吖啶橙来检测两种细胞中的自噬通量以及对自噬泡进行染色。将细胞与Aβ-FITC共孵育后测量BV2细胞内Aβ平均荧光强度(MFI)。同时为模拟更真实的AD病理环境,将BV2细胞与SH-SY5Y细胞在体外共培养,并与Aβ进行共孵育。检测共培养条件下两种细胞内LC3的变化和Aβ荧光强度以判断Aβ降解情况。另外,实验还通过对神经元的增长情况进行实时观察来探究GO对神经元的保护作用。在探究GO诱导自噬相关通路时,实验引入了compound C(AMPK特异性抑制剂),将每种细胞各分为三组:CON(PBS)组;GO100(100μg/ml GO)组;GO100+compound C组,通过WB检测GO激活自噬过程中可能参与的通路蛋白以及自噬蛋白的变化。结果:1.GO对BV2和SH-SY5Y两种细胞均没有表现出细胞毒性。2.GO上调了BV2和SH-SY5Y两种细胞中的自噬水平。3.GO提高了BV2细胞吞噬Aβ的能力。4.GO通过提高病理条件下BV2和SH-SY5Y两种细胞中的自噬能力从而加速了Aβ降解。5.GO在病理条件下保护了SH-SY5Y细胞。6.AMPK与m TOR参与了GO上调BV2和SH-SY5Y两种细胞自噬的过程。结论:GO可以通过AMPK/m TOR途径同时提高体外AD病理模型中小胶质细胞和神经元细胞的自噬水平,从而清除Aβ和保护神经元。GO良好的激活自噬和清除Aβ的能力体现了它在治疗AD方面的巨大潜力。
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