绿原酸通过激活Sirt1调节Nrf2-NF-κB信号通路对新生大鼠缺氧缺血性脑损伤发挥神经保护作用

Chlorogenic acid exerts neuroprotective effect against hypoxia-ischemia brain injury in neonatal rats by activating Sirt1 to regulate the Nrf2-NF-κB signaling pathway.

作者信息Yihui Zheng, Luyao Li, Binwen Chen, Yu Fang, Wei Lin, Tianlei Zhang, Xiaoli Feng, Xiaoyue Tao, Yiqing Wu, Xiaoqin Fu, Zhenlang Lin
PMID35689269
发布时间2022-06-10
DOI10.1186/s12964-022-00860-0

实验完整度

包含体内HI模型、体外OGD原代神经元模型、行为学测试、病理染色、分子机制验证,并使用了Sirt1抑制剂EX-527进行功能验证。

主要模型

7日龄SD大鼠缺氧缺血性脑损伤模型 原代皮层神经元OGD模型

重点核对

CGA预处理剂量为600 mg/kg腹腔注射,每日一次,连续3天;体外实验浓度为200 μM Sirt1抑制剂EX-527(0.5 mg/kg)于缺氧前30分钟侧脑室注射(坐标:前囟后2 mm,旁开1.5 mm,深度2.5 mm) HI模型:结扎左侧颈总动脉,置于92% N2/8% O2混合气体中2小时 体内实验使用P7雄性SD大鼠;体外实验使用P0新生大鼠皮层神经元

摘要

背景:新生儿缺氧缺血性脑损伤(HIE)是由围产期窒息引起,与多种混杂因素相关。尽管对HIE的发病机制和治疗研究已经成熟,但亚低温是唯一可用于HIE的临床治疗方法。既往证据表明绿原酸(CGA)对脑损伤具有潜在的神经保护作用。然而,CGA在新生儿HI脑损伤中的作用及其确切机制仍不清楚。在此,我们研究了CGA在体内和体外HI模型中的作用,并探讨了其潜在机制。方法:在体内实验中,我们结扎7日龄大鼠左侧颈总动脉,并将其置于缺氧箱中2小时。假手术组幼鼠未结扎颈总动脉,且未进行缺氧处理。通过尼氏染色、HE染色和2,3,5-三苯基氯化四氮唑(TTC)染色评估脑萎缩和梗死面积。采用Morris水迷宫实验(MWM)评估神经行为障碍。使用Western blotting和免疫荧光检测细胞信号通路。采用丙二醛(MDA)含量检测、过氧化氢酶(CAT)活性检测和Elisa检测炎症和氧化应激水平。体外实验在分离的原代神经元上进行。结果:在本研究中,CGA预处理显著减少了HI后新生大鼠的梗死体积,减轻了脑水肿,并改善了体内组织结构。此外,我们使用Morris水迷宫验证了CGA在HI损伤后增强学习和认知能力并有助于维持长期空间记忆的作用。然而,Sirt1抑制剂EX-527部分逆转了这些治疗效果。CGA预处理通过减少炎症和氧化应激抑制了HI诱导的神经元凋亡。研究结果表明,CGA可能通过形成复合物激活Sirt1调节Nrf2-NF-κB信号通路,从而保护原代神经元免受氧糖剥夺(OGD)损伤。此外,CGA治疗显著抑制了HI诱导的胶质细胞增殖。结论:总的来说,本研究揭示了CGA对新生儿HI脑损伤的潜在机制。CGA有望成为促进新生儿脑从HI损伤中恢复的有效神经保护剂。

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
研究旨在探讨CGA对新生大鼠缺氧缺血性脑损伤是否具有神经保护作用,并阐明其潜在机制。
核心机制
CGA通过激活Sirt1调节Nrf2-NF-κB信号通路,抑制神经炎症和氧化应激,从而减少神经元凋亡和星形胶质细胞活化。
主要证据
体内HI模型和体外OGD模型显示,CGA预处理显著降低梗死体积、脑水肿、炎症因子(IL-1β, iNOS, TNF-α)水平,升高抗氧化因子SOD2/MnSOD水平,并调节Nrf2和NF-κB的核转位;使用Sirt1抑制剂EX-527可逆转这些效应。
研究意义
研究证实CGA可能是治疗HI脑损伤的一种潜在策略,有助于促进新生儿脑损伤恢复。

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

建立体内HI模型

模拟新生儿缺氧缺血性脑损伤,评估CGA的神经保护作用。

对7日龄SD大鼠结扎左侧颈总动脉并置于缺氧箱(92% N2/8% O2)中2小时,构建HI模型。

2

CGA给药及剂量筛选

确定CGA的有效治疗剂量。

HI后立即腹腔注射不同浓度CGA(150、300、600 mg/kg),每24小时一次,连续3天,通过TTC染色评估梗死体积,选择最优剂量。

3

评估脑损伤和组织病理

评估CGA对脑组织结构和损伤程度的影响。

通过TTC染色、HE染色和Nissl染色观察脑梗死体积和神经元损伤。

4

检测炎症和氧化应激指标

评估CGA对HI诱导的炎症反应和氧化应激的影响。

使用ELISA检测IL-1β,MDA试剂盒检测脂质过氧化,CAT试剂盒检测过氧化氢酶活性,Western blot检测iNOS、SOD2/MnSOD、TNF-α等蛋白表达。

5

检测Sirt1/Nrf2/NF-κB通路蛋白表达

探讨CGA是否通过调节Sirt1/Nrf2/NF-κB通路发挥神经保护作用。

提取细胞核和细胞质蛋白,Western blot检测Sirt1、Nrf2、NF-κB、p-NF-κB、HO-1、IκBα等表达,并比较各组的核转位变化。

6

Sirt1抑制剂EX-527干预

验证CGA的作用依赖于Sirt1。

在HI模型或OGD模型中,给予Sirt1选择性抑制剂EX-527,观察其对CGA神经保护作用的影响。

7

检测神经元凋亡

评估CGA对HI诱导的神经元凋亡的影响。

通过Western blot检测Bcl2/Bax比值、caspase-8活化及caspase-3活化水平。

8

评估星形胶质细胞活化

评估CGA对HI诱导的星形胶质细胞活化的影响。

通过免疫荧光和Western blot检测GFAP表达。

9

Morris水迷宫行为学测试

评估CGA对HI后学习记忆和空间认知功能的长期影响。

HI后21天开始Morris水迷宫实验,训练6天,记录逃避潜伏期和穿越平台次数。

10

体外原代神经元OGD模型

在体外验证CGA的神经保护作用和机制。

从P0大鼠皮层提取原代神经元,培养7天后建立OGD模型,给予不同浓度CGA,检测细胞活力、炎症和氧化应激指标、凋亡相关蛋白。

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
绿原酸Solarbio纯度≥98%
肿瘤坏死因子-αAbcamab66579
诱导型一氧化氮合酶Abcamab178945
β-肌动蛋白Cell Signaling Technology3700
组蛋白H3Cell Signaling Technology4499
IκBαCell Signaling Technology9242
NF-κBCell Signaling Technology8242
磷酸化NF-κBaffinityAF2006
Nrf2Cell Signaling Technology12721
HO-1Cell Signaling Technology43966
IL-1βCell Signaling Technology12703
Sirt1affinityDF6033
SOD2affinityAF5198
cleaved-caspase-3affinityAF7022
caspase-8 p18wanleibioWL00659
caspase-8wanleibioWL03426
山羊抗兔IgGBioworld--
Alexa Fluor®594标记二抗Bioworld--
二甲基亚砜Sigma--
胎牛血清Gibco--
B27Gibco--
Neurobasal培养基Gibco--
L-谷氨酰胺Gibco0.5
DMEM培养基Gibco--
丙二醛含量检测试剂盒Solarbio--
过氧化氢酶活性检测试剂盒Solarbio--
CCK-8试剂盒Dojindo--
DAPIBeyotime--
核浆蛋白提取试剂盒Beyotime--
牛血清白蛋白Beyotime--
RIPA裂解液Beyotime--
BCA蛋白定量试剂盒Beyotime--
PVDF膜Millipore--
ECL Plus化学发光试剂盒Amersham BioscienceRPN3243
成像系统Bio-Rad--
IL-1β ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-R0012c
2,3,5-三苯基氯化四氮唑Sigma--
GFAP抗体--1:200
多聚-D-赖氨酸----

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
体内HI模型
动物品系(SD大鼠,200-250g)、周龄(P7雄性)、结扎左侧颈总动脉、缺氧条件(92% N2/8% O2,流量3 L/min,时间2小时,温度37.5℃)
阅读提示:参见Materials and methods中Neonatal Hypoxic-Ischemic brain injury model and drug administration
CGA给药方案
CGA剂量(150、300、600 mg/kg)、给药途径(腹腔注射)、给药时间(缺氧后立即,每日一次,连续3天)
阅读提示:参见Materials and methods中药物处理部分及Results中第一段
Sirt1抑制剂EX-527给药
EX-527剂量(0.5 mg/kg)、给药途径(侧脑室注射)、注射体积(5 μl)、注射时间(缺氧前30分钟)、注射坐标(前囟后2 mm,旁开1.5 mm,深2.5 mm)
阅读提示:参见Materials and methods中药物处理部分
体外OGD模型
原代神经元来源(P0大鼠)、培养条件(B27、Neurobasal培养基)、OGD处理时间(2小时)、复氧时间(24小时)、CGA浓度(0、100、200、300、400 μM)
阅读提示:参见Materials and methods中Primary cortical neuron extraction and culture及Cell viability
Western blot检测
蛋白提取方法(RIPA裂解,PMSF)、上样量、抗体稀释比例(如Sirt1 1:1000、NF-κB 1:1000等)、二抗稀释比例(1:10000)
阅读提示:参见Materials and methods中Western blot部分