姜黄素对内源性神经干细胞Wnt/β-catenin信号通路影响的离体研究

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目的随着社会经济的发展及人口的不断老龄化,中枢神经系统疾病的风险因素如高血压、糖尿病、外伤等因素逐年增加,中枢神经系统病变的发病率表现出逐年上升的态势,CNS疾病具有致残率高、致死率高等特点,给社会和家庭都带来巨大的经济损失和沉重的心理负担。目前,手术、基因及康复治疗等方法已被用于治疗中枢神经系统损伤,虽然这些方法具有诸多优越性,但大部分患者仍不能取得实质性的功能恢复。因此,CNS损伤的有效治疗方法亟待解决。CNS损伤后,损伤区域的神经干细胞(neuralstem cells,NSCs)在刺激因素的作用下不断增殖,且可以在刺激因素下向不同的神经细胞分化,包括星形胶质细胞(astrocyte Ast)、神经元(neuron N)、少突胶质细胞(oligodendrocyte Olig),而神经干细胞向这三者,尤其是向神经元细胞分化的比例,则在很大程度上决定了CNS损伤患者的预后。中药姜黄在印度及我国的传统医学中应用广泛,姜黄素(Curcumin)是姜黄的提取物,为多酚类物质,具有多种生物活性而几乎无副作用,姜黄素临床应用的关键是阐明其作用机制。之前的大量研究已证明姜黄素具有神经保护作用及促分化作用。Kim等研究发现姜黄素在500nmol/L时其神经保护作用最强。激活Wnt/β-catenin信号通路能显著促进成年动物海马区神经干细胞向神经元细胞的分化比例,在调控成年动物大脑中的神经再生中起关键性作用,目前已经明确wnt3a、β-catenin属于经典的Wnt/β-catenin信号通路,在神经发育中有重要作用。目前,尚无文献报道在神经干细胞中,姜黄素与经典的Wnt/β-catenin信号通路的关系。本实验通过设计不同的干预条件,观察各干预组对神经干细胞中Wnt信号通路的影响,利用Western blot、RT-PCR手段检测Wnt信号通路中wnt3a、β-catenin蛋白及wnt3a、β-catenin的mRNA表达水平的变化,以此探索姜黄素与经典的Wnt/β-catenin信号通路之间的关系。本实验试图揭示姜黄素神经保护的可能机制,为开拓神经保护治疗的新途径提供实验依据。材料与方法:以孕14.5天左右的SD大鼠为研究对象。提取神经干细胞并以DMEM/F12基础培养液中添加2%的B27、20ng/ml的bFGF(碱性成纤维细胞生长因子)、20ng/ml的EGF(表皮生长因子)进行培养,使用免疫细胞化学法进行神经干细胞的鉴定,连续培养3代后,设置五个干预组即:空白对照组;IWR-1组、姜黄素组、IWR-1+姜黄素组、DMSO组,采用免疫荧光法检测各组在干预72小时时的神经元细胞染色变化;采用Western-blot方法检测各组在干预72h时wnt3a及β-catenin蛋白表达变化;采用RT-PCR法检测各组在干预72小时时wnt3a及β-catenin基因表达情况。结果:1.研究发现培养至第2代时神经干细胞球直径及成球率明显增多。免疫细胞荧光染色证实细胞部分巢蛋白Nestin阳性,经含血清的培养基诱导分化后部分细胞呈MAP2阳性,部分细胞呈GFAP阳性,少部分细胞呈Olig2阳性。2.将神经干细胞连续培养3代时分组干预并继续培养72小时采用免疫荧光细胞技术进行染色发现IWR-1组表达MAP2阳性的神经元细胞比例明显减少;姜黄素组神经干细胞向神经元细胞分化的比例升高,IWR-1联合姜黄素组神经干细胞向神经元细胞分化比例较单独使用姜黄素组减少,且与空白对照组及DMSO组无明显差异。3.细胞增值实验提示,姜黄素可以激活wnt/β-catenin信号通路,使神经干细胞向其他神经细胞分化。4. Western blot提示:对神经干细胞分组干预后,姜黄素组wnt3a、β-catenin表达量较其他各组明显升高(P<0.05),IWR-1处理后wnt3a、β-catenin表达水平较空白对照组明显降低(P<0.05);IWR-1联合姜黄素处理神经干细胞后检测wnt3a、β-catenin表达量较姜黄素组减少(P<0.05);DMSO组表达量接近空白对照组。采用RT-PCR法提示:姜黄素组wnt3a及β-catenin基因表达水平较空白对照组表达量显著上调(P<0.05),IWR-1组神经干细胞中wnt3a及β-catenin基因表达水平较空白对照组表达量下降(P<0.05),基因表达情况与Western blot结果相近。结论:1.给予姜黄素后可以提高神经干细胞向神经元细胞的分化比例,说明姜黄素具有神经保护作用。2.对神经干细胞进行分组干预后,使用IWR-1后,神经干细胞内wnt/β-catenin信号通路中wnt3a及β-catenin蛋白及基因表达比例显著降低,而使用姜黄素干预神经干细胞后,wnt3a及β-catenin蛋白及基因表达比例明显升高,说明姜黄素可以激活wnt/β-catenin信号通路来发挥其神经保护作用。3.本研究为姜黄素在治疗中枢神经系统损伤后的神经保护方面提供更多的理论基础、为姜黄素进入临床研究提供理论依据。
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