激活甘丙肽受体1与M617通过ERK/GSK-3β/TIP60通路减轻大鼠蛛网膜下腔出血后的神经元凋亡

Activation of Galanin Receptor 1 with M617 Attenuates Neuronal Apoptosis via ERK/GSK-3β/TIP60 Pathway After Subarachnoid Hemorrhage in Rats.

作者信息Hui Shi, Yuanjian Fang, Lei Huang, Ling Gao, Cameron Lenahan, Takeshi Okada, Zachary D Travis, Shucai Xie, Hong Tang, Qin Lu, Rui Liu, Jiping Tang, Yuan Cheng, John H Zhang
PMID34086200
发布时间2021-07
DOI10.1007/s13311-021-01066-x

实验完整度

实验涵盖动物模型(大鼠SAH模型)、细胞定位和机制验证(GalR1 CRISPR敲低、M617激动剂、通路抑制剂和CRISPR激活),并包含神经行为、组织学及蛋白水平的多维度评估,证据层级丰富。

主要模型

SD大鼠蛛网膜下腔出血(SAH)模型 大鼠原代皮层神经元(体外实验)

重点核对

SAH模型采用线栓法穿孔诱导,大鼠品系为Sprague-Dawley,体重280-310g M617给药剂量(8、24、72 μg/kg)及给药途径(鼻内给药) GalR1 CRISPR敲低和GSK-3β CRISPR激活的质粒构建及脑室内注射时间(SAH前48h) ERK抑制剂U0126的给药剂量(30 mg/kg)和给药途径(腹腔注射)

摘要

蛛网膜下腔出血(SAH)是一种破坏性的脑血管疾病。神经元凋亡在SAH后早期脑损伤中起重要的病理作用。最近研究表明,甘丙肽受体1(GalR1)激活在缺血性卒中背景下具有抗凋亡作用。本研究旨在探讨GalR1激活在SAH后的抗神经元凋亡作用及其潜在机制。分别给予GalR1 CRISPR和GalR1选择性激动剂M617。给予细胞外信号调节激酶(ERK)抑制剂(U0126)和糖原合成酶激酶3-β(GSK3-β)CRISPR,以研究ERK/GSK3-β通路在GalR1介导的SAH后神经保护中的作用。结果评估包括神经行为测试、western blot和免疫组织化学。结果显示,内源性配体甘丙肽(Gal)和GalR1在SAH后12小时和24小时在损伤侧大脑半球显著增加。GalR1主要在神经元中表达,但在一些星形胶质细胞和小胶质细胞中也有表达。GalR1 CRISPR敲低加重了SAH后24小时的神经功能缺损和神经元凋亡。此外,用M617激活GalR1显著改善了短期和长期的神经功能缺损,但减少了SAH后的神经元凋亡。此外,GalR1激活失调了磷酸化ERK和GSK-3β的蛋白水平,但在SAH后24小时下调了磷酸化的Tat相互作用蛋白60(TIP60)和cleaved caspase-3。GalR1 CRISPR、U0126和GSK-3β CRISPR在SAH后24小时取消了大鼠中GalR1激活的有益作用。总之,本研究表明,在SAH后大鼠中,使用M617激活GalR1通过ERK/GSK-3β/TIP60通路减轻了神经元凋亡。GalR1可能作为SAH患者有前景的治疗靶点。

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
GalR1激活是否通过ERK/GSK-3β/TIP60通路减轻SAH后神经元凋亡并改善神经功能?
核心机制
GalR1激活通过上调pERK和pGSK-3β,抑制TIP60磷酸化,从而下调p53、cleaved Caspase-3和Bax,上调Bcl-2,发挥抗凋亡作用。
主要证据
在SD大鼠SAH模型中,GalR1 CRISPR敲低加重神经功能缺损和神经元凋亡;M617激活GalR1改善短长期神经功能,减少TUNEL和Fluoro-Jade C阳性细胞;Western blot检测到pERK、pGSK-3β、Bcl-2上调,pTIP60、p53、cleaved Caspase-3、Bax下调;ERK抑制剂和GSK-3β CRISPR激活可逆转M617的保护效应。
研究意义
GalR1可能作为SAH患者有前景的治疗靶点。

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

SAH模型建立与评估

建立大鼠SAH模型并评估其严重程度

采用线栓法穿孔诱导SAH,通过SAH分级评分评估出血严重程度,排除轻度SAH(评分<9)的大鼠。

2

内源性Gal/GalR1表达时程与定位分析

检测SAH后内源性甘丙肽和GalR1的表达变化及其细胞定位

在SAH后3、6、12、24、72小时收集脑组织,通过Western blot检测Gal、GalR1和GalR2蛋白水平;通过免疫荧光双标检测GalR1与神经元、星形胶质细胞和小胶质细胞标志物的共定位。

3

GalR1敲低对神经凋亡和神经功能的影响

验证GalR1敲低是否影响SAH后的神经元凋亡和神经功能

通过侧脑室注射GalR1 CRISPR质粒敲低GalR1,在SAH后24小时评估神经行为(Modified Garcia评分、Beam Balance测试)、Western blot检测凋亡相关蛋白(P53、Bcl-2、Bax),并用TUNEL和Fluoro-Jade C染色评估神经元凋亡和变性。

4

M617激活GalR1的短期神经保护作用

评估不同剂量M617激活GalR1对SAH后短期神经功能的影响

SAH后1小时通过鼻内给予不同剂量M617(8、24、72 μg/kg),在24小时进行神经行为评估(Modified Garcia评分、Beam Balance测试),筛选最佳剂量(24 μg/kg)用于后续实验。

5

M617激活GalR1对长期神经功能的影响

评估M617治疗对SAH后长期神经行为和神经元变性的影响

SAH后1小时给予M617(24 μg/kg),在7、14、21天进行Rotarod测试,22-27天进行Morris水迷宫测试,28天进行Nissl染色和Fluoro-Jade C染色评估海马CA1区神经元变性。

6

机制验证:ERK/GSK-3β/TIP60通路参与

验证M617激活GalR1的抗凋亡作用是否通过ERK/GSK-3β/TIP60通路介导

使用GalR1 CRISPR、ERK抑制剂U0126、GSK-3β CRISPR激活剂预处理,然后进行SAH和M617治疗,在24小时通过Western blot检测通路蛋白(pERK、pGSK-3β、pTIP60)和凋亡相关蛋白(p53、cleaved Caspase-3、Bax、Bcl-2)。

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
M617Tocris Bioscience2697
U0126-EtOH----
Hamilton注射器Hamilton Company Inc.--
抗GalR1抗体OrigeneTA328849
抗NeuN抗体Abcamab104224
抗GFAP抗体Abcamab53554
抗Iba-1抗体Abcamab5076
Fluoro-Jade C即用稀释染色试剂盒Biosensis--
原位凋亡检测试剂盒Roche--
RIPA裂解缓冲液Santa Cruz Biotechnologysc-24948
抗甘丙肽抗体Boster Biological TechnologyA00606-1
抗GalR1抗体OriGene Technologies, Inc.TA328849
抗GalR2抗体Lifespan BiosciencesLS-C805729
抗pERK1/2抗体Santa Cruz Biotechnologysc-136521
抗ERK1/2抗体Santa Cruz Biotechnologysc-514302
抗pGSK-3β抗体Abcamab107166
抗GSK-3β抗体Abcamab131356
抗pTIP60抗体Bioss Antibodies Inc.bs-17096R
抗TIP60抗体Abcamab23886
抗p53抗体Abcamab131442
抗cleaved Caspase-3抗体Cell Signaling TechnologyD175
抗Bcl-2抗体Abcamab59348
抗Bax抗体Abcamab182734
抗β-actin抗体Santa Cruz Biotechnologysc-47778
OCT包埋剂Scigen Scientific--
低温恒温切片机LM3050SLeica MicrosystemsLM3050S
荧光显微镜DMi8Leica Microsystems Inc.DMi8
Image-Pro Plus 6.0----
视频跟踪系统SMART-2000San Diego Instruments Inc.--

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
SAH模型
采用线栓法穿孔诱导SAH,大鼠品系、体重(280-310g),麻醉方案,SAH分级评分标准,排除轻度SAH(评分<9)
阅读提示:Methods 部分 'SAH Model' 和 'SAH Severity'
药物处理
M617剂量(8、24、72 μg/kg)、给药途径(鼻内)、给药时间(SAH后1小时或3小时);U0126剂量(30 mg/kg)、给药途径(腹腔注射)、给药时间(SAH前1小时);CRISPR质粒剂量(2 μg/只)、给药途径(侧脑室注射)、给药时间(SAH前48小时)
阅读提示:Methods 部分 'Drug Administration'
神经功能评估
评估工具(Modified Garcia评分、Beam Balance测试、Rotarod测试、Morris水迷宫测试),评估时间点(24小时、7/14/21天、22-27天)
阅读提示:Methods 部分 'Short-term Neurological Performance' 和 'Long-term Neurological Performance'
组织学分析
染色方法(免疫荧光、Fluoro-Jade C、TUNEL、Nissl),切片厚度(8-15 μm),图像采集区域(同侧基底皮层、海马CA1区)
阅读提示:Methods 部分 'Histological Analysis' 和后续染色小节
Western blot分析
蛋白提取方法(RIPA裂解),上样量(30 μg),凝胶浓度(8-12%),抗体稀释比例,检测蛋白(Gal、GalR1、GalR2、pERK、ERK、pGSK-3β、GSK-3β、pTIP60、TIP60、p53、cleaved Caspase-3、Bcl-2、Bax)
阅读提示:Methods 部分 'Western Blot Analysis'