BDNF促进星形胶质细胞和小胶质细胞活化,参与环磷酰胺诱导的膀胱炎中的神经炎症和机械性痛觉过敏

BDNF promotes activation of astrocytes and microglia contributing to neuroinflammation and mechanical allodynia in cyclophosphamide-induced cystitis

作者信息Honglu Ding, Jialiang Chen, Minzhi Su, Zhijun Lin, Hailun Zhan, Fei Yang, Wenbiao Li, Juncong Xie, Yong Huang, Xianguo Liu, Bolong Liu, Xiangfu Zhou
PMID31931832
发布时间2020-01-13
DOI10.1186/s12974-020-1704-0

实验完整度

包含在体动物模型(CYP诱导膀胱炎大鼠)、行为学测试(von Frey)、分子生物学(Western blot)和形态学(免疫荧光)等多层级验证,证实BDNF-TrkB信号在神经炎症和痛觉过敏中的作用。

主要模型

CYP诱导的膀胱炎大鼠模型 脊髓背角组织(L6-S1节段)

重点核对

CYP剂量:25 mg/kg,腹腔注射,第1、4、7天 ANA-12剂量:0.5 mg/kg(腹腔注射,隔日一次) 外源性BDNF剂量:3 ng/10 μL/只(鞘内注射) 行为学测试时间点:CYP注射后第8、12、17天 样本量:每组5只(行为学测试为每组10只)

摘要

背景:间质性膀胱炎/膀胱疼痛综合征(IC/BPS)患者常因慢性疼痛而生活质量低下。我们先前的研究确定,脊髓背角(SDH)的神经炎症与间质性膀胱炎的机制有关。此外,已有研究表明,脑源性神经营养因子(BDNF)通过BDNF-TrkB信号参与神经炎症和病理性疼痛的调节;然而,它是否在环磷酰胺(CYP)诱导的膀胱炎中起作用仍不清楚。本研究旨在确认BDNF-TrkB信号是否调节CYP诱导的膀胱炎中的神经炎症和机械性痛觉过敏,并确定其发生方式。方法:腹腔注射CYP建立大鼠膀胱炎模型。通过腹腔注射TrkB受体拮抗剂ANA-12或鞘内注射外源性BDNF来调节BDNF-TrkB信号。使用von Frey纤维丝测试评估耻骨上区域的机械性痛觉过敏。通过Western blotting和免疫荧光分析检测L6-S1 SDH中BDNF、TrkB、p-TrkB、Iba1、GFAP、p-p38、p-JNK、IL-1β和TNF-α的表达。结果:注射CYP后,SDH中BDNF-TrkB信号显著上调。同样,SDH中Iba1、GFAP、p-p38、p-JNK、IL-1β和TNF-α的表达均上调。ANA-12治疗可减轻机械性痛觉过敏,抑制星形胶质细胞和小胶质细胞的活化,并缓解神经炎症。此外,鞘内注射外源性BDNF进一步降低了机械 withdrawal 阈值,促进了星形胶质细胞和小胶质细胞的活化,并增加了CYP诱导的膀胱炎模型SDH中TNF-α和IL-1β的释放。结论:在我们的CYP诱导的膀胱炎模型中,BDNF促进星形胶质细胞和小胶质细胞活化,释放TNF-α和IL-1β,通过BDNF-TrkB-p38/JNK信号加重神经炎症并导致机械性痛觉过敏。

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
BDNF-TrkB信号是否以及如何调节环磷酰胺(CYP)诱导的膀胱炎中的神经炎症和机械性痛觉过敏。
核心机制
BDNF通过激活TrkB受体,进而激活p38/JNK信号通路,促进星形胶质细胞和小胶质细胞活化,释放TNF-α和IL-1β,加重神经炎症并导致机械性痛觉过敏。
主要证据
在CYP诱导的膀胱炎大鼠模型中,Western blot和免疫荧光显示BDNF、TrkB、p-TrkB、Iba1、GFAP、p-p38、p-JNK、IL-1β和TNF-α表达上调;ANA-12(TrkB拮抗剂)可逆转这些变化并减轻痛觉过敏,而外源性BDNF则加剧这些变化。
研究意义
研究首次提出BDNF-TrkB信号通过促进星形胶质细胞和小胶质细胞活化参与CYP诱导膀胱炎的神经炎症和痛觉过敏,为治疗膀胱炎提供了新策略。

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CYP诱导的膀胱炎模型

验证CYP诱导的膀胱炎模型是否成功建立。

成年雌性SD大鼠腹腔注射CYP(25 mg/kg)在第1、4、7天,第8天进行尿动力学检查和膀胱组织HE染色确认模型成功。

2

检测BDNF-TrkB信号及胶质细胞活化标志物的表达

评估CYP诱导的膀胱炎模型中BDNF-TrkB信号通路、胶质细胞活化标志物及促炎因子的表达变化。

通过Western blot和免疫荧光检测L6-S1脊髓背角中BDNF、TrkB、p-TrkB、Iba1、GFAP、p-p38、p-JNK、IL-1β和TNF-α的表达,以及BDNF与神经元、星形胶质细胞、小胶质细胞的共定位。

3

评估TrkB拮抗剂ANA-12对痛觉过敏及胶质细胞活化的影响

验证抑制BDNF-TrkB信号是否减轻机械性痛觉过敏并抑制胶质细胞活化。

CYP诱导的膀胱炎大鼠给予ANA-12(0.5 mg/kg)隔日腹腔注射,或K252a(2 μg/10 μL)鞘内注射,或不同时间点给药,通过von Frey测试评估机械痛阈,通过Western blot和免疫荧光检测胶质细胞活化及促炎因子表达。

4

评估外源性BDNF对痛觉过敏及胶质细胞活化的影响

验证补充BDNF是否加剧痛觉过敏和胶质细胞活化。

CYP诱导的膀胱炎大鼠鞘内注射重组人BDNF(3 ng/10 μL/只)隔日一次,通过von Frey测试评估机械痛阈,通过Western blot和免疫荧光检测BDNF-TrkB信号、胶质细胞活化及促炎因子表达。

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
环磷酰胺Sigma--
ANA-12MedChem ExpressHY-12497
K252aCell Signaling Technology12754
重组人BDNF蛋白R&D systems248-BD-025
RIPA蛋白裂解液----
BCA蛋白定量试剂盒----
PVDF膜----
增强化学发光(ECL)试剂盒----
Restore™ PLUS Western blot剥离缓冲液----
BDNF抗体Novus BiologicalNB100-98682
TrkB抗体Cell Signaling Technology4603
抗磷酸化TrkB (Tyr515)抗体Affinity BiosciencesAF3462
Iba1抗体Abcamab5076
GFAP抗体Cell Signaling Technology#3670
抗磷酸化p38 (Tyr180/182)抗体Cell Signaling Technology4511
抗磷酸化JNK (Thr183/Tyr185)抗体Cell Signaling Technology9251s
IL-1β抗体Abcamab9722
TNF-α抗体Abcamab66579
β-actin抗体Cell Signaling Technology3700
BDNF抗体Abcamab213323
抗磷酸化TrkB (Tyr816)抗体Novus BiologicalNBP1-03499
OX-42抗体Abcamab1211
NeuN抗体MilliporeMAB377
Leica荧光显微镜LeicaDFC350
SPSS 21.0----
ImageJ----

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
CYP注射剂量(25 mg/kg)、给药途径(腹腔注射)、给药时间(第1、4、7天)
阅读提示:见Methods部分'Animal model of cystitis'
行为学测试
使用von Frey纤维丝(0.6-15g)、测试部位(耻骨上区域)、阳性反应标准、测试时间点
阅读提示:见Methods部分'Von Frey filaments test'
药物处理
ANA-12剂量(0.5 mg/kg)、给药途径(腹腔注射)、给药方案(隔日一次或特定时间点)、K252a剂量(2 μg/10 μL)及给药途径(鞘内注射)、外源性BDNF剂量(3 ng/10 μL)及给药途径(鞘内注射)
阅读提示:见Methods部分'Chemicals'和'Experimental design'
分子表达检测
SDH组织采集时间(第12天)、蛋白提取方法、抗体浓度及孵育条件、免疫荧光切片厚度(20 μm)
阅读提示:见Methods部分'Western blotting'和'Immunofluorescence'