围绝经期小鼠5-HT能神经通路图谱及雌激素受体在5-HT神经传递中的作用阐明

Mapping the 5-HTergic neural pathways in perimenopausal mice and elucidating the role of oestrogen receptors in 5-HT neurotransmission.

作者信息Hanfei Wang, Yanrong Sun, Wenjuan Wang, Xiangqiu Wang, Jinglin Zhang, Yu Bai, Ke Wang, Liju Luan, Junhao Yan, Lihua Qin
PMID38510058
期刊Heliyon
发布时间2024-03-11
DOI10.1016/j.heliyon.2024.e27976

实验完整度

包含OVX动物模型构建与验证、全脑免疫组化图谱、CUT&Tag靶基因鉴定、双荧光素酶报告实验、立体定位注射激动剂/拮抗剂并监测体温等多层级验证。

主要模型

去卵巢(OVX)小鼠模型 SH-SY5Y人神经母细胞瘤细胞系

重点核对

小鼠品系:C57BL/6J,8周龄,体重17±1g OVX手术方式:背侧单一切口,1.25%三溴乙醇麻醉(0.02ml/g),结扎并切除卵巢 术后观察8周,通过阴道涂片HE染色和血清雌二醇水平确认模型成功 立体定位注射坐标:AP +4.7mm, ML 0mm, DV +4.0mm,注射体积2μl 药物剂量:ERα激动剂PPT 1mg/kg,ERα抑制剂AZD9496 1mg/kg,ERβ激动剂Liquiritigenin 7.5mg/kg,ERβ抑制剂PHTPP 1mg/kg

摘要

围绝经期综合征(PMS)包括潮热和抑郁等神经精神症状,这些症状与大脑中5-HT能神经通路的改变有关。然而,这些改变的具体变化和潜在机制仍不清楚。本研究使用去卵巢小鼠成功建立围绝经期模型,并通过免疫组织化学评估了这些去卵巢小鼠72个脑区中5-HT及其受体(5-HT1AR和5-HT2AR)表达的变化。尽管5-HT和5-HT1AR在整个大脑中广泛表达,但只有少数区域表达5-HT2AR。值得注意的是,与Sham组相比,去卵巢(OVX)组几乎所有脑区的5-HT表达均降低。在与潮热(视前区)或情绪障碍(杏仁核)相关的区域内,发现两种受体的表达改变。此外,在缝际核(RN)——一个已知调节体温的区域——的细胞中检测到雌激素受体(ER)α/β表达降低。结果表明,ERα/β正向调节参与5-HT代谢的酶TPH2/MAOA的转录活性。本研究揭示了围绝经期小鼠5-HT神经通路(5-HT、5-HT1AR和5-HT2AR)的变化,主要在与体温、情绪、睡眠和记忆调节相关的脑区。本研究阐明围绝经期雌激素受体表达下降,其调节TPH2和MAOA的转录水平,最终导致5-HT含量降低,为围绝经期疾病的临床诊断和治疗提供了新靶点。

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
围绝经期(OVX)小鼠脑中5-HT能神经通路(5-HT、5-HT1AR、5-HT2AR)如何变化,以及雌激素受体是否通过调节5-HT代谢酶参与这些变化?
核心机制
围绝经期雌激素水平降低导致缝际核中ERα和ERβ表达下降,ERα/β作为转录因子正向调节TPH2和MAOA的转录,进而影响5-HT合成,最终引起5-HT含量降低和5-HT受体表达改变,参与体温调节异常等围绝经期症状。
主要证据
全脑免疫组化显示OVX组5-HT阳性神经元和纤维减少,5-HT1AR和5-HT2AR在多个脑区(如POA、杏仁核)表达改变;CUT&Tag及双荧光素酶实验证实ERα/β调控TPH2和MAOA转录;体内注射ER激动剂/抑制剂改变5-HT水平及体温。
研究意义
为围绝经期疾病的临床诊断和治疗提供了新靶点(TPH2、MAOA),有望克服雌激素和SSRIs治疗的副作用。

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

构建并验证OVX小鼠围绝经期模型

建立模拟围绝经期低雌激素状态的动物模型,并确认模型成功。

对8周龄C57BL/6J雌性小鼠行背侧单一切口双侧卵巢切除术(OVX),Sham组仅切开不切除。术后8周,通过阴道脱落细胞涂片HE染色观察动情周期,ELISA检测血清雌二醇水平,腹腔探查确认卵巢缺失。

2

检测模型动物体表温度

评估OVX小鼠是否出现体温升高的围绝经期症状。

术后8周,对清醒小鼠用红外热像仪连续监测头部、背部、尾部和爪部的皮肤温度,每天下午测量,持续5天。

3

全脑免疫组化定位5-HT、5-HT1AR、5-HT2AR

绘制围绝经期小鼠全脑5-HT能神经通路图谱,比较OVX与Sham组的表达差异。

对每组5只小鼠脑组织进行50μm连续切片,用抗5-HT、5-HT1AR、5-HT2AR抗体进行免疫组化染色,全景扫描后选取10个代表性冠状面,计算各脑区阳性细胞数和平均光密度(AOD)。

4

检测缝际核中ERα、ERβ和GPR30的表达

探讨OVX后缝际核区雌激素受体表达的变化。

使用qPCR和Western blot检测Sham和OVX小鼠缝际核中ERα、ERβ、GPR30的mRNA和蛋白表达水平。

5

CUT&Tag鉴定ERα/β在全基因组结合位点

鉴定缝际核中ERα和ERβ作为转录因子结合的靶基因,特别是与5-HT代谢相关的基因。

取Sham组15只小鼠的缝际核组织,制备单细胞核悬液,用CUT&Tag试剂盒进行实验,使用ERα、ERβ、histone H3抗体和IgG对照,测序后进行生物信息学分析。

6

双荧光素酶报告实验验证ERα/β对TPH2和MAOA的转录调控

验证CUT&Tag发现的ERα/β结合位点是否确实调控TPH2和MAOA的转录活性。

使用SY5Y细胞,共转染pCDNA3.1(+)表达ESR1或ESR2的质粒和pGL3-promoter含结合位点的质粒,以及pRL-TK内参质粒,进行双荧光素酶活性检测。

7

体内验证ERα/β对TPH2、MAOA表达和体温的影响

在体内通过立体定位注射ER激动剂/抑制剂,验证ERα/β对RN中TPH2、MAOA表达及5-HT水平和体温的调控作用。

将ERα/β激动剂或抑制剂注入OVX或Sham小鼠的缝际核,3天后测量体温,然后取材检测RN中5-HT、MAOA浓度(ELISA),TPH2、MAOA蛋白(WB)和mRNA(qPCR)水平。

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
三溴乙醇----
呋喃西林----
ELISA试剂盒Furuirunze--
红外热像仪FOTRIC--
抗5-HT抗体Abcamab6336
抗5-HT1AR抗体NovusNBP2-21590
抗5-HT2AR抗体Abcamab66049
二抗ZSGB-BIOPV9004
二抗ZSGB-BIOSP9001
阳离子防脱片ZSGB-BIOZLI-9506
病理切片扫描仪WISLEAPWS-10
二甲苯----
中性树胶----
丙基吡唑三醇MedChemExpressHY-100689
AZD9496MedChemExpressHY-12870
甘草素MedChemExpressHY-N0377
PHTPPMedChemExpressHY-103456
微量注射器Hamilton7632-01
RIPA裂解液ApplygenC1053+
磷酸酶抑制剂和蛋白酶抑制剂ApplygenP1265
BCA蛋白定量试剂盒ApplygenP1511-2
SDS-PAGE凝胶BiotidesWB1102
PVDF膜----
脱脂奶粉ApplygenP1022-500
超敏ECL化学发光液ApplygenP1010-250
抗ERα抗体ABclonalA12976
抗ERβ抗体Biossbs-0116R
抗GPR30抗体Biossbs-1380R
抗MAOA抗体ABclonalA1354
抗TPH2抗体ABclonalA14520
抗GAPDH抗体ApplygenC1312
TransZol Up Plus RNA试剂盒TransgeneER501-01
TransScript Uni 逆转录试剂盒TransgeneAU341-02
qPCR SuperMix(一步法去除基因组DNA)TransgeneAQ602-22
细胞核提取试剂盒SolarbioSN0020
CUT&Tag试剂盒Novezan VazymeTD903
抗ERα抗体Abcamab32063
抗ERβ抗体NovusNB200-305
抗组蛋白H3抗体Cell Signaling Technology#4620
免疫球蛋白GBeyotimeA7016
高纯度大提质粒试剂盒TiangenDP116
双荧光素酶检测试剂盒Genomeditech--
酶标仪Molecular Devices--

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
OVX模型构建
小鼠品系、周龄、体重、分组样本量、麻醉剂量、手术方式、术后处理、模型成功标准(阴道涂片、血清雌二醇)
阅读提示:见Materials and methods 2.1-2.2节及Fig.1
体温测量
测量时间(下午)、环境温度、测量时长、各组样本量、麻醉状态(清醒)
阅读提示:见Materials and methods 2.3节及Fig.2
免疫组化
切片厚度、抗体稀释比例、抗原修复条件、显色时间、图像分析方法(AOD)
阅读提示:见Materials and methods 2.4节及Fig.3-10
立体定位注射
注射坐标、药物浓度和剂量、注射体积、溶剂组成、注射后测量时间
阅读提示:见Materials and methods 2.5节及Table 2
CUT&Tag
样本量(n=15)、细胞核数量、抗体及稀释、测序平台、数据分析方法
阅读提示:见Materials and methods 2.8节及Fig.13-15
双荧光素酶实验
细胞系、质粒构建、转染方法、内参质粒、检测试剂盒、独立实验重复数
阅读提示:见Materials and methods 2.9节及Fig.15