Aquaporin-4基因敲除對氟西汀促神經再生的影響.pdf

1、Aquaporin-4基因敲除對氟西汀促海馬神經再生的影響水通道蛋白(aquaporins，AQPs)是一類廣泛存在于真核生物細胞膜上、選擇性高效轉運水分子的特異孔道，對機體的水液平衡和細胞微環(huán)境的穩(wěn)定發(fā)揮重要調節(jié)作用。其中，水通道蛋白4(aquaporin-4， AOP4)是中樞神經系統(tǒng)內最豐富的水通道蛋白，主要表達在星形膠質細胞上，與腦損傷、腦腫瘤及腦缺血的發(fā)生、發(fā)展有著密切的關系。星形膠質細胞廣泛參與腦內神經發(fā)生的各個環(huán)節(jié)。它不僅

2、能夠支持神經元的存活，導向神經元的遷移，調控神經干細胞的增殖，調節(jié)突觸的形成及其功能，還能在體外發(fā)育成多潛能的、自我更新的神經球。而新近的研究表明星形膠質細胞家系成員--神經干細胞上也表達有豐富的AQP4，而神經干細胞更是腦內神經再生的直接參與者。這些研究結果提示AQP4不僅是腦內一種特異性的水轉運孔道，而且可能在神經再生的調節(jié)中具有重要的作用。 神經再生(neurogenesis)是指由神經干細胞生成功能性神經元的過程，包括神

3、經干細胞的增殖、分化、成熟及向神經回路整合四個步驟。在大多數(shù)哺乳動物以及人類的中樞神經系統(tǒng)中，成體神經再生主要位于側腦室下區(qū)(subventricular zone，SVZ)和海馬齒狀回亞顆粒細胞區(qū)(subgranular zone，SGZ)，在皮層、下丘腦、黑質、脊髓等腦區(qū)也存在神經再生。在腦損傷后這些神經干細胞增殖被激活，參與損傷組織的修復。成體神經再生對于中樞神經系統(tǒng)正常功能的維持具有重要意義。研究顯示，神經退行性疾病及多種精神類

4、疾病往往伴隨有神經再生的抑制。而促進神經再生亦是一些中樞神經系統(tǒng)疾病治療的關鍵。因此成體神經再生的調節(jié)為中樞神經系統(tǒng)疾病的治療提供了新思路，即通過作用于影響神經再生的多個環(huán)節(jié)，誘導內源性神經再生，促進損傷后組織結構和功能的重建。目前，神經再生的調節(jié)機制尚不明確，研究、揭示神經再生的調節(jié)靶點是當今生命科學研究的難點和熱點。 因此，本文工作應用AQP4基因敲除小鼠，給予公認的促神經再生藥物氟西汀，在基礎狀態(tài)和慢性中度應激(Chron

5、ic mild stress， CMS)致神經再生抑制的病理狀態(tài)下觀察AQP4敲除對神經再生能力的影響，研究AQP4與神經再生的相關性，為闡明AQP4在神經再生調節(jié)中的重要作用積累學術基礎。 目的：從整體、細胞和分子水平研究AQP4敲除對氟西汀促海馬神經再生的影響及其機制。 方法：1)連續(xù)4周給予AQP4<'+/+>和AQP4<'-/->CD1小鼠氟西汀(10mg·kg<'-1>·day<'-1>，i.p.)，應用陌生環(huán)

6、境禁食和懸尾實驗研究氟西汀對小鼠行為學的影響；應用CMS建立AQP4<'+/+>和AQP4<'-/->小鼠應激模型后，連續(xù)4周給予氟西汀(10 mg·kg<'-1>·day<'-1>，i.p.)，應用糖水偏愛和懸尾實驗研究氟西汀對動物抑郁樣癥狀的改善情況。2)BrdU免疫組化檢測海馬SGZ神經干細胞增殖、存活。GFAP或NeuN免疫熒光表型分析存活的BrdU陽性細胞分化情況。3)[<'3>H]-TdR摻入實驗檢測氟西汀對原代培養(yǎng)的成體A

7、QP4<'+/+>和AQP4<'-/->神經干細胞增殖反應的影響。4)Western blotting檢測海馬CREB、CaMK IV、ERK磷酸化水平和AQP4表達變化。 結果：1)連續(xù)4周給予氟西汀(10 mg·kg<'-1>·day<'-1>)能夠顯著降低AQP4<'+/+>CD1小鼠陌生環(huán)境覓食潛伏期，顯著改善AQP4<'+/+>CMS模型小鼠的抑郁樣癥狀；而給予氟西汀對基礎和病理狀態(tài)下AQP4<'-/->CD1小鼠的行

8、為學均無改善作用。2)AQP4基因敲除不影響基礎狀態(tài)海馬SGZ神經干細胞的增殖。連續(xù)4周給予氟西汀能夠顯著促進AQP4<'+/+>小鼠海馬神經干細胞增殖，逆轉CMS對小鼠海馬神經干細胞增殖的抑制，而對基礎和病理狀態(tài)下AQP4<'-/->小鼠海馬神經干細胞增殖無促進作用。AQP4敲除對BrdU標記的陽性細胞存活的比例和向神經元及星形膠質細胞分化的比例無顯著影響。3)氟西汀0.1 μmol·L-<'1>、1 μmol·L-<'1>能夠顯著促

9、進原代培養(yǎng)的成體AQP4<'+/+>神經干細胞增殖，但對AQP4<'-/->神經干細胞增殖無促進作用。4)連續(xù)4周給予氟西汀(10 mg·kg<'-1>·day<'-1>)能夠顯著升高基礎和病理狀態(tài)下AQP4<'+/+>小鼠海馬內CREB蛋白磷酸化的水平，而對AQP4<'-/->小鼠無顯著影響。對影響CREB磷酸化的上游激酶研究發(fā)現(xiàn)，給予氟西汀能夠顯著升高AQP4<'+/+>小鼠海馬內CaMKIV磷酸化水平，而對AQP4<'-/->小鼠

10、無顯著影響。給予氟西汀能夠同時提高AQP4<'+/+>和AQP4<'-/->小鼠海馬內總ERK水平，而對ERK磷酸化水平均無影響。基礎狀態(tài)下，給予氟西汀對AQP4<'+/+>小鼠海馬內AQP4蛋白表達水平無顯著變化。CMS能顯著促使AQP4<'+/+>小鼠海馬內AQP4蛋白表達水平的上調，而給予氟西汀能夠使AQP4蛋白表達恢復到正常的水平。 結論：AQP4參與CD1成年鼠海馬神經再生的調節(jié)，其機制與調節(jié)CaMKIV-CREB信號