格列美脲减轻P301S转基因小鼠的tau蛋白病和神经炎症:AKT/GSK3β信号通路的作用

Glimepiride mitigates tauopathy and neuroinflammation in P301S transgenic mice: role of AKT/GSK3β signaling.

作者信息Mennatallah O Zaki, S El-Desouky, Doaa A Elsherbiny, Mohamed Salama, Samar S Azab
PMID35922737
发布时间2022-10
DOI10.1007/s10787-022-01023-w

实验完整度

包含体内动物模型(P301S小鼠)的行为学、组织病理学、Western blot及ELISA等多项实验,但缺乏体外或细胞水平验证,机制研究仅为相关性分析。

主要模型

P301S转基因小鼠(tau蛋白病模型) C57BL/6野生型小鼠(对照)

重点核对

P301S转基因小鼠与C57BL/6野生型小鼠的遗传背景一致性 格列美脲给药剂量(1、2、4 mg/kg/天,腹腔注射)及21天给药周期 行为学测试(开阔场、平行杆地板)的装置规格及测试条件 Western blot检测磷酸化tau (Ser396)和乙酰化tau (Lys174)的抗体特异性 ELISA检测GSK3β、PP2A、CDK5、p-AKT/t-AKT、NF-κB、TNF-α、caspase-3的样本制备和试剂盒

摘要

背景与目的:tau蛋白病是一组与tau蛋白相关的神经退行性疾病。tau蛋白激酶和磷酸酶活性之间的失衡导致tau蛋白过度磷酸化及随后的神经退行性变。大量研究表明2型糖尿病(T2D)与神经退行性疾病之间存在密切联系。因此,寻找一种对T2D和神经保护具有双重治疗作用的药物将是一个有前景的思路。因此,本研究评估了格列美脲(GPD)对tau蛋白病的潜在神经保护作用。方法:采用P301S小鼠模型模拟tau蛋白病,以C57BL/6野生型小鼠(WT)作为对照。通过蛋白质印迹法评估皮层和海马中磷酸化和乙酰化tau蛋白的水平。评估了GPD对tau蛋白病相关酶、神经炎症和凋亡标志物的影响。此外,通过平行杆地板测试和开阔场地测试分析了其对抗焦虑样行为和运动障碍的神经保护作用。结果:GPD显著改善了P301S小鼠的运动障碍、焦虑样行为和神经退行性变。通过降低GSK3β、增加磷酸化AKT与总AKT的比例、增加PP2A以及使CDK5水平正常化,P301S小鼠皮层和海马中的磷酸化tau和乙酰化tau均显著降低。此外,GPD治疗还通过降低NF-κB、TNF-α和caspase-3水平减轻了神经炎症和凋亡。结论:目前的数据表明,GPD对tau蛋白病、行为后果、神经退行性变、神经炎症和凋亡具有保护作用。因此,GPD是治疗与tau蛋白病相关的神经退行性疾病的一种有前景的药物。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
格列美脲(GPD)是否对P301S转基因小鼠的tau蛋白病具有神经保护作用,其潜在机制是什么?
核心机制
GPD通过激活AKT(增加p-AKT/t-AKT比值)抑制GSK3β活性,同时增加PP2A水平,并可能通过CDK5的正常化,减少tau蛋白的过度磷酸化;此外,GPD还减少乙酰化tau(Lys174),并抑制NF-κB介导的神经炎症和caspase-3介导的凋亡。
主要证据
在P301S小鼠中,GPD(4 mg/kg)显著降低皮层和海马中磷酸化tau(Ser396)和乙酰化tau(Lys174)水平,降低GSK3β、NF-κB、TNF-α和caspase-3水平,增加p-AKT/t-AKT比值和PP2A水平;行为学测试显示运动和焦虑行为改善;组织学显示神经元退行性变减轻。
研究意义
研究表明GPD可能成为治疗tau蛋白病相关神经退行性疾病(如阿尔茨海默病)的潜在药物,因其兼具抗糖尿病和神经保护作用。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

动物分组与给药

建立tau蛋白病模型并给予不同剂量GPD,筛选最佳神经保护剂量。

P301S转基因小鼠随机分为4组(每组8只),分别给予溶媒对照(含0.05% DMSO的生理盐水)或GPD(1、2、4 mg/kg/天,腹腔注射)连续21天;C57BL/6野生型小鼠分为2组,分别给予溶媒或GPD(4 mg/kg)作为对照。

2

行为学评估

评估GPD对P301S小鼠焦虑样行为和运动功能的影响。

在21天治疗结束后,通过开阔场测试(OFT)记录总移动距离、最大速度、中央区和角落区停留时间;通过平行杆地板测试(PRF)记录脚滑次数、线交叉次数、身体旋转次数和总移动距离。

3

组织病理学与神经退行性变评估

评估GPD对tau蛋白病引起的脑组织病理变化和神经元存活的影响。

脑组织固定、包埋、切片后,进行H&E染色、尼氏染色和刚果红染色,观察皮层和海马CA1、CA2、CA3及DG区域的神经元变性、凋亡、空泡、神经原纤维丢失和淀粉样斑块。

4

Western blot检测磷酸化tau和乙酰化tau

检测GPD对P301S小鼠皮层和海马中磷酸化tau(Ser396)和乙酰化tau(Lys174)蛋白水平的影响。

提取皮层和海马组织总蛋白,用特异性抗体进行Western blot检测,以β-actin作为内参。

5

ELISA检测tau相关酶、炎症和凋亡标志物

评估GPD对tau蛋白激酶(GSK3β、CDK5)、磷酸酶(PP2A)、AKT活性、炎症因子(NF-κB、TNF-α)和凋亡标志物(caspase-3)水平的影响。

根据制造商说明,使用ELISA试剂盒检测脑匀浆中上述蛋白水平,使用酶标仪读取吸光度。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

验证样本或模型特征
验证细胞功能变化
验证分子表达变化
验证免疫效应
验证机制链路

产品清单

实验环节名称品牌货号
格列美脲Medical union pharmaceuticals--
二甲基亚砜Sisco Research Laboratories PVT.LTD--
硫喷妥钠EIPICO--
ReadyPrep™总蛋白提取试剂盒Bio-Rad163-2086
Bradford蛋白定量试剂盒Bio basic Inc.SK3041
PVDF膜----
牛血清白蛋白----
抗磷酸化tau蛋白(Ser396)一抗Santa Cruz Biotechnologysc-32275
抗乙酰化tau蛋白(Lys174)抗体Signalway AntibodyHW181
HRP标记的山羊抗兔IgG二抗Novus Biologicals--
Clarity™ Western ECL底物Bio-Rad170-5060
兔多克隆β-actin抗体Abcamab227387
ChemiDoc MP成像系统Bio-Rad--
GSK3β ELISA试剂盒Cloud-Clone Corp.SED317Mu
PP2A DuoSet® IC活性检测试剂盒R&D SystemsDYC3309-2
Cdk5 ELISA试剂盒Cloud-Clone Corp.SEA739Mu
RayBio磷酸化AKT(Ser473)ELISA试剂盒RayBiotechPEL-Akt-S473-T
NF-κB ELISA试剂盒Cloud-Clone Corp.SEB824Mu
TNF-α Quantikine ELISA试剂盒R&D SystemsSMTA00B
Caspase-3 ELISA试剂盒Cloud-Clone Corp.SEA626Mu
酶标仪(Stat Fax 2200)Awareness Technologies--
ANY-box行为学装置Stoelting Company--
ANY-maze软件----
滑动切片机----
Image J软件----

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物模型中未明确说明
P301S小鼠的性别(文中未明确说明),WT小鼠的性别;饲养温度和昼夜周期(25±2°C,12小时昼夜)
阅读提示:Materials and methods - Animals
药物处理
给药剂量:1、2、4 mg/kg/天(腹腔注射);给药周期:21天;溶媒:含0.05% DMSO的生理盐水
阅读提示:Materials and methods - Experimental design
行为学测试
开阔场测试装置尺寸(40cm×40cm×35cm)、适应和记录时间(各5分钟);平行杆地板测试装置尺寸(20cm×20cm×30cm)
阅读提示:Materials and methods - Behavioural tests
Western blot
一抗浓度(按制造商说明稀释)、孵育条件(4°C过夜)、二抗孵育时间(1小时)、内参(β-actin)
阅读提示:Materials and methods - Western blot analysis
ELISA
样本制备(组织匀浆于0.05M磷酸盐缓冲液)、每个样本重复次数(三次重复,来自3只独立小鼠)
阅读提示:Materials and methods - ELISA