白果内酯抑制炎症并促进星形胶质细胞中Aβ降解酶的表达,从而挽救AD模型中的神经元缺陷

Bilobalide inhibits inflammation and promotes the expression of Aβ degrading enzymes in astrocytes to rescue neuronal deficiency in AD models

作者信息Jun Xiang, Feng Yang, Wen Zhu, Min Cai, Xiang-Ting Li, Jing-Si Zhang, Zhong-Hai Yu, Wen Zhang, Ding-Fang Cai
PMID34671017
发布时间2021-10
DOI10.1038/s41398-021-01594-2

实验完整度

体外原代星形胶质细胞培养、星形胶质细胞-神经元共培养、体内APP/PS1小鼠模型,并包含功能验证(Aβ清除、神经元活力)和机制验证(STAT3、Aβ降解酶)。

主要模型

原代星形胶质细胞培养 原代皮质神经元培养(野生型及APP/PS1) 星形胶质细胞-神经元共培养(Transwell) APP/PS1小鼠(12月龄,雄性)

重点核对

原代星形胶质细胞来自P1 C57BL/6小鼠大脑皮层,纯度>95% 原代皮层神经元来自P0 APP/PS1或C57BL/6小鼠,培养14天 Aβ42处理浓度(1、5、10 μM)及时间(24小时) 白果内酯处理浓度(1、5、10 μM)及时间(24小时) 体内实验:12月龄雄性APP/PS1小鼠,白果内酯0.5 mg/kg或DMSO腹腔注射,每周一次,共4周

摘要

阿尔茨海默病(AD)的发病机制涉及多种细胞类型,包括内皮细胞、胶质细胞和神经元。这表明针对单一细胞类型中单一靶点的治疗可能不足以治疗AD,而在多种细胞类型中具有保护作用的疗法可能更有效。在这里,我们全面研究了白果内酯在AD细胞模型和小鼠模型中对神经炎症和Aβ降解酶的影响。我们发现,白果内酯抑制原代星形胶质细胞培养中Aβ诱导的、STAT3依赖的TNF-α、IL-1β和IL-6的表达。白果内酯还诱导NEP、IDE和MMP2等Aβ降解酶的强烈表达,以促进星形胶质细胞介导的Aβ清除。此外,用白果内酯处理星形胶质细胞可挽救共培养的APP/PS1神经元的缺陷。最重要的是,白果内酯减少AD小鼠脑中的淀粉样蛋白和炎症。总之,白果内酯在体外培养中的保护作用在体内AD小鼠模型中得到充分重现。我们的研究支持白果内酯具有治疗AD的潜力。

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
白果内酯是否以及如何通过调节星形胶质细胞来影响AD的病理过程。
核心机制
白果内酯抑制星形胶质细胞中STAT3依赖的炎症反应,并诱导Aβ降解酶(NEP、IDE、MMP2)的表达,促进星形胶质细胞介导的Aβ清除,从而挽救神经元缺陷。
主要证据
原代星形胶质细胞培养显示白果内酯剂量依赖地抑制Aβ42诱导的STAT3磷酸化、炎症因子表达及增殖;同时上调Aβ降解酶并促进Aβ清除;在共培养体系中,白果内酯预处理的星形胶质细胞降低APP/PS1神经元培养物中的Aβ水平、恢复突触蛋白表达、提高神经元活力并降低ROS;体内实验中,白果内酯处理降低APP/PS1小鼠脑内Aβ、炎症因子水平,增加Aβ降解酶和突触蛋白表达。
研究意义
研究结果支持白果内酯在AD模型中具有治疗潜力,可能成为多细胞类型保护作用的AD干预手段。

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

验证Aβ42诱导星形胶质细胞STAT3依赖性炎症反应

确定Aβ42能否通过STAT3信号通路在原代星形胶质细胞中诱导炎症反应。

使用不同浓度Aβ42(1、5、10 μM)处理原代星形胶质细胞24小时,通过Western blot检测p-STAT3表达,使用STAT3荧光素酶报告基因检测转录活性,通过qRT-PCR和ELISA检测炎症因子TNF-α、IL-1β、IL-6的表达,并通过CCK-8检测细胞增殖。部分实验加入STAT3抑制剂C188-9(5 μM)进行验证。

2

检测白果内酯对Aβ42处理星形胶质细胞炎症反应的影响

探究白果内酯能否抑制Aβ42诱导的STAT3依赖的炎症反应。

星形胶质细胞用Aβ42(5 μM)单独或与不同浓度白果内酯(1、5、10 μM)共处理24小时,通过Western blot、荧光素酶报告基因、qRT-PCR、ELISA和CCK-8分别检测STAT3磷酸化、转录活性、炎症因子表达和细胞增殖。

3

验证白果内酯诱导Aβ降解酶表达并促进Aβ清除

确定白果内酯是否通过上调星形胶质细胞中Aβ降解酶来促进Aβ清除。

星形胶质细胞用白果内酯(1、5、10 μM)处理24小时,Western blot检测NEP、IDE、MMP2蛋白水平;随后更换为含1 μg/ml Aβ42的培养基,12小时后ELISA检测培养基中Aβ42水平。

4

在共培养体系中评估白果内酯对APP/PS1神经元的作用

验证白果内酯预处理的星形胶质细胞能否改善共培养中APP/PS1神经元的Aβ清除、突触蛋白表达、细胞活力和ROS水平。

使用Transwell共培养系统,星形胶质细胞置于上室,APP/PS1或WT神经元置于下室。星形胶质细胞预先用白果内酯(5 μM)处理。ELISA检测培养基中Aβ40和Aβ42水平;Western blot检测神经元突触蛋白(PSD-95、Synapsin-1、GluR1、Synaptophysin);CCK-8检测细胞活力;DCFH-DA探针检测ROS水平。

5

比较白果内酯在单独神经元培养和共培养中的保护效果

评估白果内酯在单独神经元培养和共培养体系中对APP/PS1神经元的保护效果差异。

在单独培养和共培养条件下,用白果内酯(5 μM)处理APP/PS1神经元,Western blot检测突触蛋白水平,比较恢复程度。

6

评估白果内酯对AD小鼠脑内病理的影响

验证白果内酯在体内能否减少淀粉样蛋白和炎症,并增加Aβ降解酶和突触蛋白。

12月龄雄性APP/PS1小鼠腹腔注射白果内酯(0.5 mg/kg)或DMSO对照,每周一次,持续4周。ELISA检测脑匀浆中Aβ40、Aβ42、TNF-α、IL-1β和IL-6水平;Western blot检测NEP、IDE、MMP2、p-STAT3和突触蛋白。

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。

验证细胞功能变化
评估体内效果
数据分析与统计

产品清单

实验环节名称品牌货号
白果内酯SigmaB9031
Aβ42肽American Peptide--
STAT3抑制剂C188-9SelleckchemS8605
DMEM/F-12培养基Gibco--
胎牛血清Gibco--
多聚D-赖氨酸----
Neurobasal培养基----
B27添加剂----
Glutamax----
Transwell小室Corning3450
淀粉样蛋白β40人ELISA试剂盒InvitrogenKHB3482
淀粉样蛋白β42人ELISA试剂盒InvitrogenKHB3544
小鼠TNF-α ELISA试剂盒abcamab208348
小鼠IL-1β ELISA试剂盒abcamab197742
小鼠IL-6 ELISA试剂盒abcamab222503
抗STAT3抗体CST9139
抗磷酸化STAT3 (Tyr705)抗体CST9145
抗IDE抗体abcamab32216
抗MMP2抗体CST87809
抗NEP抗体abcamab255609
抗PSD-95抗体CST3450
抗Synapsin-1抗体CST5297
抗GluR1抗体MilliporeAB1504
抗突触素抗体CST36406
M-MLV逆转录酶Promega--
IDE TaqMan探针 (Mm00473077_m1)----
MMP2 TaqMan探针 (Mm00439498_m1)----
NEP TaqMan探针 (Mm01285046_g1)----
TNF-α TaqMan探针 (Mm00443258_m1)----
IL-1β TaqMan探针 (Mm00434228_m1)----
IL-6 TaqMan探针 (Mm00446190_m1)----
牛血清白蛋白----
Aβ42肽American Peptide--
活性氧检测试剂盒Beyotime Institute of Biotechnology--
STAT3报告慢病毒 (PLV-10065)Cellomics Technology--
胰蛋白酶----
EDTA----

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
原代星形胶质细胞培养
小鼠年龄(P1)、脑区(皮层)、消化酶(0.25%胰蛋白酶)、消化时间(6分钟)、培养条件(DMEM/F-12 + 10% FBS、37°C、5% CO2)、去除小胶质细胞的方法(200 rpm 摇2小时)、使用时间(DIV 7-10)
阅读提示:详细步骤见 Methods 中的 Cell cultures 部分
原代皮层神经元培养
小鼠年龄(P0)、基因型(APP/PS1 或 C57BL/6)、培养条件(Neurobasal + B27 + 0.5 mM Glutamax)、培养时间(14天)
阅读提示:详细步骤见 Methods 中的 Cell cultures 部分
Aβ42诱导炎症反应实验
Aβ42处理浓度(1、5、10 μM)、处理时间(24小时)、STAT3抑制剂C188-9浓度(5 μM)
阅读提示:详见 Results 中“Aβ42 induces STAT3-dependent inflammation responses in primary astrocyte culture”及图1图注
白果内酯处理实验
白果内酯浓度(1、5、10 μM)、处理时间(24小时)、Aβ42浓度(5 μM)
阅读提示:详见 Results 中“Bilobalide inhibits STAT3-dependent inflammation responses in Aβ42-treated astrocyte culture”及图2图注
Aβ清除实验
白果内酯预处理时间(24小时)、Aβ42浓度(1 μg/ml)、BSA浓度(10 μg/ml)、孵育时间(12小时)
阅读提示:详见 Methods 中的 Aβ clearance assay 部分及图3B图注
共培养实验
Transwell膜孔径(0.3 μm)、星形胶质细胞预处理(白果内酯5 μM)、神经元类型(APP/PS1或WT)、培养条件
阅读提示:详见 Methods 中的 Co-cultures 部分及图3C、图4图注
动物实验
小鼠品系(APP/PS1)、性别(雄性)、年龄(12月龄)、给药剂量(0.5 mg/kg)、给药方式(腹腔注射)、频率(每周一次)、持续时间(4周)、对照组(DMSO)、样本量(n=6)
阅读提示:详见 Methods 中的 Animals 部分及图6图注