17β-雌二醇通过上调DHODH抑制海马铁死亡并进一步改善卵巢切除后的记忆衰退

17β-oestradiol inhibits ferroptosis in the hippocampus by upregulating DHODH and further improves memory decline after ovariectomy.

作者信息Ying Tian, Yuan Xie, Zaixin Guo, Penghui Feng, Yang You, Qi Yu
PMID37116254
发布时间2023-06
DOI10.1016/j.redox.2023.102708

实验完整度

主要模型

OVX雌性SD大鼠模型 原代培养海马神经元

重点核对

OVX建模成功验证:阴道脱落细胞学、体重增加、血清激素水平(FSH、LH、E2) E2给药剂量:20 μg/kg bw/day,皮下注射 Lip-1给药剂量:3.5 mg/kg bw/day,鼻内给药 体外处理:erastin 20 μM、E2 30 μM、FAC 0.5 mg/L、BQR 5 μM,处理12 h 行为学检测:Morris水迷宫(MWM)包括隐藏平台试验和反转试验

摘要

摘要在自然绝经开始前进行的卵巢切除术(OVX)被认为会提前并加速与衰老相关的神经退行性过程。然而,OVX后记忆衰退和其他认知功能障碍的机制尚不清楚。鉴于铁在衰老过程中和OVX后会累积,我们假设海马中过量的铁积累会导致铁死亡诱导的神经元变性和死亡增加,并与记忆衰退相关。在本研究中,接受OVX的雌性大鼠表现出二氢乳清酸脱氢酶(DHODH)表达降低以及Morris水迷宫(MWM)表现下降。我们使用原代培养的海马细胞来探索17β-雌二醇(E2)诱导的铁死亡抵抗效应。数据支持DHODH在神经元铁死亡中的关键作用。具体来说,E2减轻了由erastin和柠檬酸铁铵(FAC)诱导的铁死亡,这种作用可被布喹那(BQR)阻断。进一步的体外研究表明,E2降低了脂质过氧化水平并改善了OVX大鼠的行为表现。我们的研究从铁死亡的角度解释了OVX相关的神经退行性变,体外和体内数据均表明E2补充通过上调DHODH发挥有益的抗氧化铁死亡作用。我们的数据证明了OVX后E2补充的有效性,并提供了一个潜在的靶点DHODH,而激素疗法尚无此靶点可用。

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
卵巢切除后记忆衰退的机制是否与海马铁死亡有关,以及17β-雌二醇是否通过上调DHODH抑制铁死亡从而改善记忆。
核心机制
OVX引起海马铁积累,导致铁死亡增加,进而引起记忆衰退;E2通过上调DHODH表达,恢复线粒体功能,减少脂质过氧化,发挥抗铁死亡作用。
主要证据
OVX大鼠海马铁染色及非血红素铁含量增加,DHODH表达降低,MWM表现下降;体外E2处理可减轻erastin和FAC诱导的神经元铁死亡,BQR可阻断该效应;体内E2补充改善OVX大鼠记忆,降低MDA、增加GSH,恢复DHODH及铁死亡相关蛋白表达。
研究意义
本研究揭示了OVX相关神经退行性变的铁死亡机制,证明了E2补充通过上调DHODH发挥神经保护作用,为OVX后激素治疗提供了新的理论依据和潜在靶点。

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

OVX模型建立与验证

建立手术绝经大鼠模型,并验证模型成功。

对8周龄雌性SD大鼠进行OVX或假手术;通过阴道脱落细胞学、体重增长和血清激素水平验证模型。

2

海马结构及功能评估

评估OVX后海马体积和空间记忆功能变化。

使用小动物MRI测量海马体积;通过Morris水迷宫测试评估学习和记忆能力。

3

海马铁积累检测

检测OVX后海马铁水平及铁死亡相关形态学变化。

使用DAB增强铁染色、非血红素铁含量测定和透射电镜观察线粒体形态。

4

体外原代海马神经元铁死亡模型

验证E2对神经元铁死亡的保护作用及DHODH的关键角色。

培养原代海马神经元,使用erastin或FAC诱导铁死亡,并用E2、Lip-1、BQR处理,检测细胞活力、DHODH表达、脂质过氧化和线粒体功能。

5

体内E2补充治疗效果评估

评估E2补充在体内对OVX大鼠记忆和铁死亡的影响。

OVX大鼠分组(sham, OVX, E2, Lip-1),E2皮下注射,Lip-1鼻内给药,进行行为学测试和分子/病理学检测。

6

转录组分析

分析OVX和E2处理后的基因表达变化,探索潜在机制。

提取海马组织RNA进行RNA-seq,进行差异表达分析和GO/KEGG富集分析。

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
17β-雌二醇Sigma-AldrichE8875
Liproxstatin-1SelleckS7699
布喹那MCEHY-108325
芝麻油Thermo Scientific241002500
乙醇MacklinE809056
二甲基亚砜Amresco0231
E2 ELISA试剂盒ElabscienceE-OSEL-R0001
FSH ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-R3022
LH ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-R0026c
E2 ELISA试剂盒CusabioCSB-E06869r
DAB增强铁染色试剂盒SolarbioG1428
4-HNE抗体InvitrogenMA5-27570
Dako REAL EnVision检测系统DAKOK5007
RIPA裂解液SolarbioR0010
蛋白磷酸酶抑制剂SolarbioP1260
SDS-PAGE上样缓冲液SolarbioP1040
DHODH抗体Abcamab174288
GPX4抗体Abcamab125066
TfR抗体Abcamab269513
铁蛋白抗体Abcamab75973
SLC40A1抗体Abcamab239511
PCBP1抗体Abcamab168377
GAPDH抗体Abcamab181602
超敏化学发光试剂ApplygenW0001-1
抗体剥离液ApplygenP1650
TransZol试剂TransGen BiotechET101
FastKing gDNA去除RT SuperMixTIANGENKR118
TransStart Top Green qPCR SuperMixTIANGENAQ131
D-Hank's平衡盐溶液BiosharpBL559A
多聚-D-赖氨酸GibcoA3890401
DMEM培养基HyCloneSH30022.01
马血清BeyotimeC0262
胎牛血清GIBCO10099
L-谷氨酰胺ProcellPB180420
青链霉素溶液SolarbioP1400
胰蛋白酶-EDTABeyotimeC0201
Neurobasal-A培养基Gibco10888022
B27添加剂Gibco17504044
ErastinSelleckS7242
柠檬酸铁铵SolarbioA9181
NeuN抗体Abcamab104224
MAP2抗体Abcamab183830
Alexa Fluor 488标记的山羊抗小鼠IgGJackson115-545-003
Alexa Fluor 594标记的驴抗兔IgGJackson711-585-152
Hoechst 33342染色液SolarbioC0021
CCK-8试剂DojindoCK04
TUNEL细胞凋亡检测试剂盒KeyGENKGA7071
DAPISolarbioC0060
BODIPY 581/591 C11InvitrogenD3861
MitoSOX RedInvitrogenM36008
JC-1线粒体膜电位检测试剂盒SolarbioM8650
BCA蛋白定量试剂盒BeyotimeP0012
MDA检测试剂盒ElabscienceE-BC-K030-M
GSH检测试剂盒ElabscienceE-BC-K028-M
TRIzol试剂Invitrogen--
NEBNext Ultra RNA文库制备试剂盒Illumina--
NovaSeq 6000测序仪Illumina--
Bruker BioSpec 70/20 USR 小动物MRIBruker--
视频分析系统Zhongshi TechnologyZS-KC
视频分析系统Zhongshi TechnologyZS-Morris

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
动物模型建立
大鼠品系、周龄、体重、OVX手术方法、术后验证指标(阴道涂片、体重、血清激素)
阅读提示:Materials and methods 2.1, 2.2, 2.3
药物处理
E2剂量、溶剂、给药途径;Lip-1剂量、溶剂、给药途径;BQR浓度及处理时间
阅读提示:Materials and methods 2.3, 2.13
行为学测试
OFT参数、MWM实验方案(隐藏平台、反转、探针)、水温、测试时间
阅读提示:Materials and methods 2.5, 2.6
体外细胞实验
原代海马神经元培养条件、诱导剂浓度和处理时间(erastin、FAC)、E2和BQR浓度
阅读提示:Materials and methods 2.13, 2.15, 2.16
分子检测
DHODH及其他铁死亡相关蛋白检测方法(western blot)、脂质过氧化和线粒体功能检测(BODIPY、MitoSOX、JC-1)
阅读提示:Materials and methods 2.10, 2.16, 2.17, 2.18
转录组分析
RNA提取方法、文库构建、测序平台、差异表达分析标准
阅读提示:Materials and methods 2.20