大鼠海马microRNA-26a-3p缺陷通过p38 MAPK信号通路促进神经炎症和行为障碍

Hippocampal microRNA-26a-3p deficit contributes to neuroinflammation and behavioral disorders via p38 MAPK signaling pathway in rats

作者信息Changmin Wang, Ye Li, Yuhang Yi, Guiyu Liu, Ruojing Guo, Liyan Wang, Tian Lan, Wenjing Wang, Xiao Chen, Shihong Chen, Shu Yan Yu
PMID36434679
发布时间2022-11-24
DOI10.1186/s12974-022-02645-1

实验完整度

包含行为学、免疫荧光、Western blot、Golgi染色、电镜、电生理及p38抑制剂干预等多层级验证。

主要模型

雄性Wistar大鼠 AAV介导的海马miR-26a-3p敲低大鼠模型 神经疾病相关模型(CUMS、LPS、STZ、急性束缚应激)

重点核对

AAV-miR-26a-3p-sponge病毒立体定位注射坐标:bregma −3.24 mm,ML ±1.5 mm,DV −4.5 mm SB203580给药剂量:0.5 mg/kg,腹腔注射,每日一次,持续2周 行为学测试时间:暗周期19:00–24:00进行 电生理记录条件:mEPSC在TTX (1 μM)和印防己毒素 (100 μM)存在下记录,钳制电压-70 mV 统计分析:各组动物数n≥6,实验重复至少三次

摘要

背景:神经损伤被认为是大多数神经和神经精神疾病发病的关键危险因素。然而,预防与脑功能相关的神经损伤的潜在分子机制和潜在治疗靶点的识别仍未明确。因此,识别神经机制将为该疾病的进展提供新的见解,并为这些疾病的治疗提供新的策略。方法:使用立体定向注射AAV病毒敲低大鼠海马中的miR-26a-3p。通过旷场实验(OFT)、高架十字迷宫(EPM)、强迫游泳实验(FST)和糖水偏好实验(SPT)检测行为改变。通过实时定量PCR、免疫印迹或免疫荧光实验验证炎性细胞因子和相关蛋白。使用高尔基染色和电子显微镜分析观察树突棘、突触和超微结构病理。每天腹腔注射(i.p.)SB203580 (0.5 mg/kg)以抑制p38 MAPK。最后,使用电生理方法通过全细胞膜片钳记录检查突触传递。结果:在这里,我们表明海马区域内miR-26a-3p缺陷导致大鼠小胶质细胞激活、促炎细胞因子水平升高和行为障碍,这些效应似乎通过直接靶向p38丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)–NF-κB信号通路介导。具体来说,我们发现增强的胶质细胞激活可能继而导致神经元恶化,主要表现为海马神经元结构和功能可塑性的失调。相反,通过SB203580抑制p38通路可显著改善miR-26a-3p敲低引起的行为异常表型和神经元损伤。结论:这些结果表明,miR-26a-3p的正常表达通过抑制神经异常和维持神经可塑性来发挥神经保护作用,以对抗大鼠的行为障碍。这些效应似乎涉及海马区域内p38 MAPK-NF-κB信号的下调。总之,这些发现提供了miR-26a-3p可作为调节神经活动的关键因素的证据,并表明维持神经元的正常结构和功能可能是治疗神经疾病的潜在治疗策略。

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
海马miR-26a-3p缺陷是否通过p38 MAPK信号通路导致神经炎症和行为障碍?
核心机制
miR-26a-3p缺陷直接靶向p38 MAPK mRNA,上调其表达,进而激活NF-κB/NLRP3通路,促进神经炎症,导致神经元结构(树突棘、突触)和功能(突触传递)损伤,最终引起行为障碍。
主要证据
AAV介导的海马miR-26a-3p敲低导致小胶质细胞活化(Iba-1阳性细胞增加)、促炎因子(IL-1β、IL-6、IFN-γ、TNF-α)升高、抗炎因子(IL-4、IL-10)降低;Golgi染色显示树突棘密度下降;TEM显示突触数量和PSD厚度减少;全细胞膜片钳记录显示mEPSC和sEPSC的频率和幅度降低;p38抑制剂SB203580可逆转这些变化和行为异常。
研究意义
miR-26a-3p可作为神经保护的潜在治疗靶点,抑制神经炎症及维持神经元的正常结构和功能可能是治疗神经疾病的潜在策略。

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

验证疾病模型中miR-26a-3p表达下调

检测miR-26a-3p在多种神经疾病模型中的表达变化,以确定其与神经疾病的关联。

在慢性不可预知轻度应激(CUMS)、LPS诱导、糖尿病脑病、急性束缚应激模型中,检测海马CA1、DG和vmPFC区域miR-26a-3p的表达水平。

2

构建海马miR-26a-3p敲低模型

特异性敲低海马miR-26a-3p,研究其功能缺失的影响。

通过立体定位注射AAV9-CMV-eGFP-miR-26a-3p-sponge病毒至大鼠海马,注射后3天开始实验。

3

评估miR-26a-3p敲低后的行为学改变

检测miR-26a-3p敲低是否引起焦虑、抑郁和认知障碍。

进行旷场实验、高架十字迷宫、强迫游泳实验、糖水偏好实验和新物体识别实验。

4

检测miR-26a-3p对p38 MAPK信号通路的调控

验证p38 MAPK是否为miR-26a-3p的直接靶点及其对下游通路的调控。

通过Western blot检测p38、p65、NLRP3蛋白表达,使用生物信息学预测miR-26a-3p与p38 3'UTR的结合位点,并进行分子对接评估p38与NF-κB的相互作用。

5

评估miR-26a-3p敲低对神经炎症的影响

检测miR-26a-3p敲低是否促进海马炎症反应。

免疫荧光染色检测Iba-1阳性小胶质细胞及形态,Western blot检测CD11b和CD45,RT-qPCR检测促炎和抗炎细胞因子表达。

6

观察miR-26a-3p敲低对神经元结构和突触的影响

检查miR-26a-3p敲低是否导致树突棘丢失和突触超微结构改变。

使用Golgi染色观察树突分枝和棘密度,透射电镜观察突触数量和PSD厚度。

7

电生理记录突触传递

检测miR-26a-3p敲低对突触功能的影响。

在急性海马脑片上,采用全细胞膜片钳记录mEPSC和sEPSC。

8

p38抑制剂SB203580的干预实验

验证抑制p38通络能否逆转miR-26a-3p敲低引起的行为障碍、神经炎症和突触损伤。

在AAV注射后,每日腹腔注射SB203580 (0.5 mg/kg)持续2周,然后进行行为学、免疫荧光、Western blot和电生理检测。

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。

验证样本或模型特征
验证细胞功能变化
验证免疫效应
验证机制链路
数据分析与统计

产品清单

实验环节名称品牌货号
链脲佐菌素Solarbio--
脂多糖Sigma-Aldrich--
SB203580MedChemExpress--
二甲基亚砜Sigma-Aldrich--
AAV9-CMV-eGFP-miR-26a-3p-sponge载体Gene-Chem--
抗Iba-1抗体----
DAPIBeyotime BiotechnologyC1002
二抗Invitrogen1:1000
RIPA裂解液SolarbioR0020
蛋白酶/磷酸酶抑制剂混合物SolarbioP1260
BCA蛋白定量试剂盒CWBIOCW0014s
抗CD11b抗体Abcamab184307
抗NF-κB p65抗体BioWorldBS90940
抗NLRP3抗体Abcamab263899
抗GAPDH抗体Proteintech10494-1-AP
抗CD45抗体Abcamab10558
抗P38抗体Cell Signaling Technology9212s
化学发光试剂盒VazymeE412-01
RNA提取试剂盒AxygenAP-MN-MS-RNA-50
SureScript第一链cDNA合成试剂盒GeneCopoeiaQP056
BlazeTaq SYBR Green qPCR混合液2.0GeneCopoeiaQP031
All-in-One miRNA qPCR检测试剂盒2.0GeneCopoeiaQP115
PCR热循环仪Hangzhou Jingle Scientific Instrument--
FD快速高尔基染色试剂盒FD Neuro TechnologiesPK401
MultiClamp 700B放大器----
玻璃微电极World Precision Instruments--
印防己毒素----
Digidata 1440A数模转换器----
视频追踪软件(SMART 2.5)Panlab Harvard Apparatus--

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
CUMS模型刺激细节(如刺激类型、持续时间)、LPS注射剂量和周期、STZ注射剂量、急性束缚应激时间
阅读提示:Methods中的Chronic unpredicted mild stress (CUMS) model、LPS-induced depression model、Diabetic encephalopathy model、Acute restraint stress mice model
病毒注射
病毒载体构建(AAV9-CMV-eGFP-miR-26a-3p-sponge)、注射坐标(bregma -3.24 mm, ML ±1.5 mm, DV -4.5 mm)、注射速度0.11 µl/min、注射后恢复时间
阅读提示:Methods中的Virus injections
药物处理
SB203580剂量(0.5 mg/kg)、给药途径(腹腔注射)、给药频率(每日一次)、给药持续时间(2周)
阅读提示:Methods中的Drug treatments
行为学测试
测试环境(暗周期19:00-24:00)、实验者盲法、旷场箱尺寸(100×100×50 cm)、高架十字迷宫尺寸、强迫游泳水温及持续时间、糖水偏好测试细节
阅读提示:Methods中的Behavioral tests及相关小节
分子检测
抗体稀释比例、Western blot上样量(30 μg)、qPCR引物序列、内参基因(GAPDH、Rno-U6)、PCR反应条件
阅读提示:Methods中的Western blot analysis、RT-PCR and real-time quantitative PCR、补充材料Table S1
形态学分析
Golgi染色切片厚度(150 μm)、树突棘计数方法(每10 μm)、TEM样品大小(1 mm×1 mm×1 mm)、固定液浓度和固定时间
阅读提示:Methods中的Golgi staining、Transmission electron microscopy (TEM)
电生理记录
切片厚度(300 μm)、切片速度(0.18 mm/s)、记录液成分、钳制电压(-70 mV)、药物浓度(TTX 1 μM、印防己毒素 100 μM)、数据采样率(10 kHz)
阅读提示:Methods中的Electrophysiology recording
统计分析
每组动物数量(≥6)、统计方法(t检验、单/双因素方差分析)、显著性水平(P<0.05)
阅读提示:Methods中的Statistical analysis