抗氧化营养素联合使用在保护氧化应激诱导的神经元损失及相关神经功能缺损中的有效性和机制

Effectiveness and mechanisms of combined use of antioxidant nutrients in protecting against oxidative stress-induced neuronal loss and related neurological deficits.

作者信息Lu Wang, Yingjuan Wei, Zhenzhou Sun, Wenya Tai, Hui Li, Yaling Yin, Lin-Hua Jiang, Jian-Zhi Wang
PMID39072940
发布时间2024-07
DOI10.1111/cns.14886

实验完整度

包含体外细胞实验、体内动物模型、行为学测试、生物化学检测及Western blot等多层次验证,并设置单独与联合治疗的对照比较。

主要模型

小鼠神经母细胞瘤N2a细胞 D-半乳糖诱导的衰老小鼠模型

重点核对

N2a细胞暴露于250 μM H2O2 6小时 C57/BL6小鼠腹腔注射D-半乳糖120 mg/kg/d 10周 灌胃给药:褪黑素10 mg/kg、辅酶Q10 200 mg/kg、卵磷脂60 mg/kg,或三者联合,每日一次,从第六周至第十周 Western blot检测tau蛋白磷酸化位点(Ser396、Ser356、Ser404、Thr205等) 行为学测试包括Morris水迷宫、Y迷宫、旷场和升高加迷宫

摘要

背景:氧化应激是驱动神经元丢失和年龄相关神经退行性疾病的众所周知病理因素。褪黑素、辅酶Q10和卵磷脂是三种具有抗氧化能力的常见营养素。在此,我们检测了它们单独和联合使用在保护氧化应激诱导的体外神经元死亡以及阿尔茨海默病等神经退行性疾病及相关缺陷方面的有效性。方法:小鼠神经母细胞瘤Neuro-2a(N2a)细胞暴露于H2O2 6小时,随后用褪黑素、辅酶Q10和卵磷脂单独或联合处理24小时。使用CCK-8法评估细胞活力。8周龄雄性小鼠腹腔注射D-(+)-半乳糖10周,并从第6周开始给予褪黑素、辅酶Q10、卵磷脂或联合处理5周,随后进行行为学测试以评估减轻神经功能缺损的有效性,并进行生化分析以探索潜在机制。结果:暴露于H2O2显著降低N2a细胞活力,并增加氧化应激和tau蛋白磷酸化,所有这些均通过褪黑素、辅酶Q10、卵磷脂单独治疗,以及尤其通过联合治疗得到缓解。对小鼠给予D-(+)-半乳糖诱导氧化应激和tau蛋白磷酸化、脑老化、学习和记忆障碍、焦虑和抑郁样行为,这些有害效应通过褪黑素、辅酶Q10、卵磷脂单独治疗,以及尤其是联合治疗得到缓解。结论:这些结果表明,通过补充抗氧化营养素,特别是联合使用,靶向氧化应激是减轻氧化应激介导的神经元丢失和与年龄相关的神经退行性疾病导致的脑功能障碍的更好策略。

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
褪黑素、辅酶Q10和卵磷脂单独或联合使用是否能有效保护氧化应激诱导的神经元损失和神经功能缺损,其机制为何?
核心机制
联合治疗通过增强抗氧化能力(提高SOD和GSH-Px活性、降低MDA水平)抑制氧化应激,进而减少tau蛋白磷酸化和GSK-3β激活,减轻脑衰老和突触丢失。
主要证据
体外实验中,H2O2暴露降低N2a细胞活力并增加氧化应激和tau磷酸化,联合治疗显著改善;体内实验中,D-半乳糖注射小鼠出现学习记忆障碍和焦虑抑郁样行为,联合治疗显著改善这些行为缺陷并减轻分子病理变化。
研究意义
研究提示联合使用抗氧化营养素可能是一种更好的策略,以减少氧化损伤并治疗AD。

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

体外氧化应激模型建立

建立H2O2诱导的N2a细胞氧化应激和神经元死亡模型,用于评估营养素保护效果。

N2a细胞暴露于不同浓度H2O2(0, 125, 250, 500, 1000 μM)6小时,确定250 μM H2O2用于后续实验。然后细胞预先暴露于250 μM H2O2 6小时,再分别用10 μM褪黑素、25 μM辅酶Q10、10 μM卵磷脂或三者联合处理24小时。

2

检测细胞活力与氧化应激标志物

评估营养素处理对H2O2诱导的细胞死亡和氧化应激的影响。

使用CCK-8试剂盒检测细胞活力;使用商业试剂盒检测SOD、GSH-Px活性和MDA含量。

3

检测tau蛋白磷酸化和GSK-3β活性

评估营养素处理对H2O2诱导的tau蛋白磷酸化和GSK-3β活化的影响。

通过Western blot检测N2a细胞中tau蛋白表达(Tau5)及多个位点(Ser396、Ser356、Ser404)的磷酸化水平,以及GSK-3β和Ser9磷酸化水平。

4

建立体内衰老动物模型

建立D-半乳糖诱导的小鼠氧化应激和神经退行性模型,模拟AD相关病理。

8周龄C57/BL6小鼠腹腔注射D-半乳糖(120 mg/kg/d)10周,从第六周开始每日灌胃给药(褪黑素10 mg/kg、辅酶Q10 200 mg/kg、卵磷脂60 mg/kg或联合)5周。

5

生化分析脑组织氧化应激与tau病理

评估营养素处理对D-半乳糖诱导的脑氧化应激、tau磷酸化和GSK-3β活性的影响。

检测小鼠皮层和海马中SOD、GSH-Px活性及MDA含量;通过Western blot检测tau蛋白表达(Tau5)及多个位点(Ser396, Ser356, Ser404, Thr205, Ser202/Thr205, Ser214, Thr231)的磷酸化水平和GSK-3β活性。

6

评估脑衰老和突触蛋白变化

评估营养素处理对D-半乳糖诱导的脑衰老和突触丢失的影响。

通过Western blot检测皮层和海马中P16、P21、Lamin B1的表达,以及突触蛋白PSD95和突触素(SYN)的水平。

7

行为学测试评估认知和情绪缺陷

评估营养素处理对D-半乳糖诱导的学习记忆障碍和焦虑抑郁样行为的改善作用。

使用Morris水迷宫测试评估空间学习和记忆;Y迷宫测试评估短期和长期空间记忆;旷场测试和升高加迷宫测试评估焦虑和抑郁样行为。

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。

产品清单

实验环节名称品牌货号
DMEM培养基HycloneSH30022.01B
胎牛血清Gibco16000-044
青霉素-链霉素Beyotime BiotechnologyST488
D-(+)-半乳糖Sigma-AldrichG0750
过氧化氢Sigma-Aldrich323381
褪黑素Sigma-AldrichM5250
辅酶Q10Sigma-AldrichC9538
卵磷脂AladdinL105732
CCK-8试剂盒Dojindo Molecular TechnologiesCK04
SOD检测试剂盒Nanjing Jiancheng Bioengineering InstituteA001-3-2
MDA检测试剂盒Nanjing Jiancheng Bioengineering InstituteA003-1-2
GSH-Px检测试剂盒Nanjing Jiancheng Bioengineering InstituteA005-1-2
二甲基亚砜MP Biomedicals0219605580
辣根过氧化物酶标记的山羊抗兔IgGBeyotime BiotechnologyA0208
辣根过氧化物酶标记的山羊抗小鼠IgGBeyotime BiotechnologyA0216
AT8抗体(Ser202/Thr205)Thermo ScientificUB2696972
抗β-肌动蛋白抗体Proteintech66009-1
PSD95抗体Cell Signaling Technology2507
Lamin B1抗体Cell Signaling Technology12586
Tau(Ser214)抗体Cell Signaling Technology77348
Tau(Thr231)抗体Cell Signaling Technology71429
GSK-3β抗体Cell Signaling Technology12456
p-GSK-3β(Ser9)抗体Cell Signaling Technology5558P
Tau5抗体Abcamab80579
突触素抗体Abcamab32127
Tau(Ser396)抗体Signalway Antibody13400
Tau(Ser356)抗体Signalway Antibody11101
Tau(Ser404)抗体Signalway Antibody11112
Tau(Thr205)抗体Signalway Antibody11108
P16抗体Santa CruzSC-1661
P21抗体Santa CruzSC-6246

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
体外细胞实验
N2a细胞来源、培养条件(DMEM+10%FBS+青霉素/链霉素)、H2O2浓度和暴露时间、营养素浓度和处理时间
阅读提示:Methods 2.2 Cell culture and treatments; Figure 1 legend
动物模型建立
小鼠品系、性别、年龄、体重、D-半乳糖剂量和给药途径、给药时间
阅读提示:Methods 2.3 Mice and treatments; Figure 7A
营养素给药
褪黑素、辅酶Q10、卵磷脂的剂量、给药方式(灌胃)、给药频率和持续时间
阅读提示:Methods 2.3 Mice and treatments
行为学测试
Morris水迷宫训练和测试参数、Y迷宫训练和测试时间点、旷场和升高加迷宫测试时长
阅读提示:Methods 2.5 Behavioral testing; Figure 7
分子生物学检测
Western blot抗体信息、稀释比例、检测的蛋白和磷酸化位点
阅读提示:Methods 2.4 Western blotting; Figures 2, 4, 5, 6