阿尔茨海默病模型中的突触电流、线粒体自噬、线粒体动力学改变及灯盏生脉胶囊干预的治疗潜力

Altered synaptic currents, mitophagy, mitochondrial dynamics in Alzheimer's disease models and therapeutic potential of Dengzhan Shengmai capsules intervention.

作者信息Binbin Zhao, Dongfeng Wei, Qinghua Long, Qingjie Chen, Fushun Wang, Linlin Chen, Zefei Li, Tong Li, Tao Ma, Wei Liu, Linshuang Wang, Caishui Yang, Xiaxia Zhang, Ping Wang, Zhanjun Zhang
PMID38618251
发布时间2024-03
DOI10.1016/j.jpha.2023.10.006

实验完整度

包含体内(AD大鼠)和体外(原代神经细胞)双重模型,涵盖行为学、影像学、电生理、分子生物学及蛋白质组学等多层级验证,并明确功能与机制验证。

主要模型

Aβ42诱导的AD大鼠模型 Aβ42诱导的原代神经细胞模型

重点核对

Aβ1-42侧脑室注射浓度2.6 μg/μL,每侧2.5 μL,注射速度0.5 μL/min DZSM灌胃剂量100 mg/kg/day,持续4周 原代神经细胞Aβ42处理浓度10 μM,处理24 h DZSM含药血清浓度10%,处理24 h Mdivi1处理浓度5 μM,Aβ42预处理2 h后处理24 h

摘要

新兴研究表明,阿尔茨海默病(AD)的进展可能与突触电流和线粒体动力学的改变有关。然而,这些病理变化之间的具体关联仍不清楚。在本研究中,我们利用Aβ42诱导的AD大鼠和原代神经细胞作为体内和体外模型。研究包括行为测试、脑磁共振成像(MRI)、液相色谱-串联质谱(UPLC-MS/MS)分析、尼氏染色、硫黄素-S染色、酶联免疫吸附测定、高尔基-考克斯染色、透射电子显微镜(TEM)、免疫荧光染色、蛋白质组学、三磷酸腺苷(ATP)检测、线粒体膜电位(MMP)和活性氧(ROS)评估、线粒体形态分析、电生理研究、蛋白质印迹和分子对接。结果显示AD模型中突触电流、线粒体自噬和线粒体动力学发生变化。值得注意的是,灯盏生脉(DZSM)胶囊干预成为本研究的关键要素。DZSM干预显著减轻了Aβ42诱导的突触功能障碍,显著提高了突触传递的频率和幅度。AD大鼠观察到的认知障碍得到改善,并伴有对关键脑区结构损伤的强有力保护,包括海马CA3区、初级扣带皮层、前边缘系统和颗粒状岛叶皮层。DZSM干预导致IDE水平升高,长时程增强(LTP)幅度增加,树突棘密度和长度增强。此外,DZSM干预导致线粒体参数有利变化,包括ROS表达、MMP和ATP含量以及线粒体形态。总之,我们的研究深入探讨了AD中突触电流、线粒体自噬和线粒体动力学的改变领域,同时强调了DZSM干预的治疗潜力。

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
AD中突触电流、线粒体自噬和线粒体动力学的改变及其相互关系,以及DZSM干预的治疗潜力。
核心机制
DZSM通过激活PINK1/Parkin介导的线粒体自噬和抑制Drp1介导的线粒体分裂,改善线粒体功能障碍,进而减轻突触损伤和认知障碍。
主要证据
在AD大鼠模型中原位记录显示DZSM增加突触传递频率和幅度及LTP幅度;Western blot显示DZSM增加PINK1、Parkin、MFN1、MFN2、OPA1表达,降低p-Drp1和MFF表达;在细胞模型中Mdivi1模拟DZSM效果,支持机制。
研究意义
作者提出DZSM通过调节线粒体自噬和分裂改善AD相关病理,为AD治疗提供潜在策略。

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AD动物模型及分组给药

建立AD大鼠模型并评估DZSM干预效果

SD大鼠随机分为对照组、DZSM组、AD组、AD+DZSM组,通过侧脑室注射Aβ1-42建立AD模型,DZSM组灌胃100 mg/kg/day持续4周。

2

行为学测试评估认知功能

评估DZSM对Aβ42诱导的认知障碍的改善作用

采用Morris水迷宫和新物体识别测试评估学习记忆能力。

3

脑影像及脑区结构分析

检测DZSM对AD大鼠脑白质和海马结构损伤的保护作用

利用7T MRI扫描获取T2加权和弥散张量成像,进行基于体素分析比较FA和MD。

4

组织病理学检测

评估DZSM对神经元丢失和Aβ沉积的影响

尼氏染色计数海马CA1和CA3区神经元数量;硫黄素-S染色检测Aβ斑块。

5

突触结构和蛋白表达分析

评估DZSM对突触损伤的改善作用

高尔基染色分析树突棘密度、长度和复杂度;TEM观察突触后致密带;免疫荧光和Western blot检测PSD95、SYN1表达。

6

电生理记录

检测DZSM对突触传递和可塑性的影响

海马脑片全细胞记录自发突触电流,记录LTP。

7

蛋白质组学分析

探索DZSM治疗AD的分子机制

TMT标记定量蛋白质组学分析海马组织差异表达蛋白,并进行GO和KEGG富集分析。

8

线粒体功能检测

评估DZSM对线粒体功能障碍的改善作用

检测ATP含量、MMP、ROS水平,观察线粒体形态。

9

分子机制验证

验证DZSM通过调控线粒体自噬和分裂改善线粒体功能

Western blot检测PINK1、Parkin、MFN1、MFN2、OPA1、Drp1、p-Drp1、MFF表达;使用Mdivi1抑制Drp1进行验证。

10

分子对接预测成分-靶点结合

预测DZSM活性成分与AD相关靶蛋白的结合亲和力

利用MOE软件进行分子对接,构建化合物-靶点网络。

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
Aβ1-42多肽SigmaA9810
胰蛋白酶SolarbioT1360
CCK8试剂盒SolarbioCA1210
ATP检测试剂盒SolarbioBC0300
JC-1线粒体膜电位检测试剂盒SolarbioM8650
ROS检测试剂盒SolarbioCA1410
BCA蛋白检测试剂盒SolarbioPC0020
AMP ELISA试剂盒Lian Shuo BiotechnologyDRE08741
ATP ELISA试剂盒Lian Shuo BiotechnologyDRE08527
Aβ40 ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-R3030
Aβ42 ELISA试剂盒ElabscienceE-EL-R1402c
Cy3标记山羊抗兔二抗ServicebioGB21303
FITC标记山羊抗兔二抗ServicebioGB21303
荧光显微镜Nikon--
PVDF膜ImmobilonIPVH00010
凝胶成像分析系统Liuyi BiotechnologyWD-9413A
FD快速高尔基染色试剂盒FD NeuroTechnologiesPK401
脑立体定位仪Stoelting51700
Morris水迷宫Zhenghua Biologic Apparatus Facilities--
新物体识别装置Noldus Information Technology--
Agilent 6460三重四极杆质谱仪Agilent Technologies--
切片机LeicaRM2016
正置教学显微镜Nikon--
共聚焦激光扫描显微镜OlympusOLS5100
透射电子显微镜HitachiHT-7800
反相柱色谱Waters OASIS--
MitoTracker Red CMXRosSolarbioM9940
线粒体分裂抑制剂1Sigma-AldrichM0199
胰蛋白酶(蛋白质组学用)----
Q-Exactive质谱仪Thermo Scientific--
Nano HPLC EASY-nLC 1000系统Thermo Scientific--
Bruker Biospec扫描仪Bruker--
Axopatch 200B放大器Axon Instruments--
Digidata 1320A模数转换器Axon Instruments--
微电极拉制仪MF830Narishige--

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
Aβ1-42侧脑室注射浓度、体积、注射位点、注射速度;大鼠品系、性别、体重、来源
阅读提示:Materials and methods: Animals, Groups and intracerebroventricular (ICV) injection of Aβ1-42
药物干预
DZSM给药剂量、给药途径、给药频率、持续时间;对照组给予正常盐水
阅读提示:Materials and methods: Drugs and treatment
行为学测试
MWM训练天数、每天训练次数、每次时长;平台直径、水池直径;NOR熟悉期和测试期时间间隔
阅读提示:Materials and methods: Behavioural tests, NOR test, MWM test
细胞培养和处理
原代神经细胞来源(胚胎天数)、培养条件;Aβ42浓度、处理时间;DZSM含药血清浓度、处理时间;Mdivi1浓度
阅读提示:Materials and methods: Cell culture and treatment
电生理记录
切片厚度、记录温度、灌流速度;全细胞记录电极电阻、串联补偿;LTP诱导参数
阅读提示:Materials and methods: Neuro-electrophysiological recording of cells
Western blot
抗体、稀释比、内参蛋白;蛋白上样量;分离胶和浓缩胶浓度
阅读提示:Materials and methods: Western blotting, Table 1