黄芪甲苷IV抑制星形胶质细胞衰老:对帕金森病的意义

Astragaloside IV inhibits astrocyte senescence: implication in Parkinson's disease

作者信息Mei-Ling Xia, Xia-Hong Xie, Jian-Hua Ding, Ren-Hong Du, Gang Hu
PMID32252767
发布时间2020-04-06
DOI10.1186/s12974-020-01791-8

实验完整度

包含体外复制性衰老与早衰模型、MPTP诱导PD小鼠模型,结合细胞与分子检测,并进行机制验证(自噬抑制剂3-MA)与功能验证(行为学、神经保护)。

主要模型

小鼠原代中脑星形胶质细胞 复制性衰老星形胶质细胞模型(40天培养) MPP+/LPS诱导的早衰星形胶质细胞模型 MPTP/probenecid诱导的PD小鼠模型

重点核对

AS-IV浓度(50μM用于后续实验) MPP+浓度200μM,LPS浓度500ng/ml MPTP给药剂量(30mg/kg急性,20mg/kg慢性)及probenecid 250mg/kg AS-IV给药剂量100mg/kg,腹腔注射,每日两次 自噬抑制剂3-MA浓度3mM

摘要

背景:衰老的星形胶质细胞与衰老大脑和神经退行性疾病(包括帕金森病(PD))有关。黄芪甲苷IV(AS-IV)是一种从中草药黄芪中提取的抗氧化衍生物,具有抗炎、延长寿命和神经保护活性。然而,其对PD中星形胶质细胞衰老的影响尚待确定。方法:使用长培养诱导的复制性衰老模型、脂多糖/1-甲基-4-苯基吡啶(LPS/MPP+)诱导的早衰模型以及PD小鼠模型,研究AS-IV在体内和体外对星形胶质细胞衰老的影响。随后进行免疫细胞化学、qPCR、亚细胞分级、流式细胞术分析和免疫组织化学,以确定AS-IV对衰老标志物的影响。结果:我们发现AS-IV抑制了星形胶质细胞复制性衰老和LPS/MPP+诱导的早衰,表现为衰老相关β-半乳糖苷酶活性和衰老标志物p16表达降低,核内lamin B1水平升高,以及促炎性衰老相关分泌表型减少。更重要的是,我们发现AS-IV在PD小鼠模型中保护了多巴胺神经元的丢失和行为缺陷,并伴随黑质致密部衰老星形胶质细胞积累的减少。机制上,AS-IV促进了线粒体自噬,减少了受损线粒体积累和线粒体活性氧产生,从而有助于抑制星形胶质细胞衰老。抑制自噬消除了AS-IV对星形胶质细胞衰老的抑制作用。结论:我们的发现揭示AS-IV通过促进线粒体自噬抑制星形胶质细胞衰老,从而防止PD中的多巴胺能神经退行性变,并提示AS-IV是治疗年龄相关神经退行性疾病如PD的有前景的治疗策略。

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
AS-IV是否通过抑制星形胶质细胞衰老来保护PD中的多巴胺能神经元?
核心机制
AS-IV通过促进线粒体自噬,减少受损线粒体积累和线粒体ROS产生,从而抑制星形胶质细胞衰老。
主要证据
体外实验显示AS-IV降低SA-β-gal活性和p16表达,减少SASP因子;体内实验显示AS-IV减少MPTP模型小鼠SNc中衰老星形胶质细胞积累,保护多巴胺神经元并改善行为;3-MA阻断自噬逆转了AS-IV的抑制作用。
研究意义
AS-IV是治疗年龄相关神经退行性疾病如PD的有前景的治疗策略。

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

MPTP诱导PD小鼠模型及AS-IV处理

评估AS-IV对PD小鼠模型神经病理和行为的影响

雄性小鼠随机分为对照组、MPTP组、MPTP+AS-IV组和AS-IV单独组。采用MPTP/probenecid急性和慢性给药模型,AS-IV腹腔注射。行为学测试(pole test、traction test、rotarod test)和多巴胺神经元免疫组化检测。

2

体外星形胶质细胞衰老模型及AS-IV处理

验证AS-IV对星形胶质细胞复制性衰老和早衰的影响

原代星形胶质细胞培养,分为复制性衰老模型(40天培养)和MPP+/LPS诱导早衰模型。AS-IV预处理后检测衰老标志物(SA-β-gal、p16、lamin B1)和SASP因子。

3

机制研究:线粒体自噬和线粒体功能检测

探究AS-IV抑制星形胶质细胞衰老的分子机制

检测自噬相关蛋白(LC3, p62)和线粒体自噬蛋白(PINK1, Parkin, TOM20)的表达,线粒体膜电位(JC-1)和线粒体ROS(MitoSOX)。

4

自噬抑制实验

验证AS-IV的作用是否依赖于自噬

使用自噬抑制剂3-MA预处理后,检测AS-IV对星形胶质细胞衰老表型(p16、SA-β-gal、SASP)的影响。

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
验证分子表达变化
验证细胞功能变化
验证免疫效应
验证机制链路
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
1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氢吡啶Sigma--
丙磺舒Sigma--
黄芪甲苷IVJingzhu Biotechnology--
DMEM/Ham's F12培养基----
胎牛血清GIBCO--
胰蛋白酶Amresco--
1-甲基-4-苯基吡啶Sigma--
脂多糖Sigma--
3-甲基腺嘌呤Tocris--
衰老细胞染色试剂盒Sigma-AldrichCS0030-1KT
细胞计数试剂盒-8Biotool--
Trizol试剂Invitrogen--
PrimeScript逆转录试剂盒TAKARA--
QuantiTect SYBR Green PCR试剂盒Qiagen--
ABI 7300快速实时PCR系统Applied Biosystems--
MitoSOXInvitrogen--
JC-1InvitrogenT-3168
线粒体提取试剂盒Solarbio--
RIPA裂解液----
Bradford蛋白定量试剂盒Bio-Rad--
PVDF膜Millipore--
增强化学发光检测试剂Pierce--
ImageQuant LAS 4000成像系统GE Healthcare--
抗酪氨酸羟化酶抗体SigmaT1299
抗小鼠IgG辣根过氧化物酶标记二抗Cell Signaling Technology7076
抗GFAP抗体MilliporeMAB360
抗lamin B1抗体Abcamab16048
抗p16抗体Santa Cruz Biotechnologysc-56330
DAPILife TechnologiesP36931
共聚焦显微镜Carl ZeissAxiovert LSM510
抗β-actin抗体BosterBM0627
抗LC3抗体Cell Signaling Technology3868
抗p62抗体Cell Signaling Technology23214
抗COX IV抗体Cell Signaling Technology4844
抗TOM20抗体Cell Signaling Technology42406
抗Parkin抗体Abcamab77924
抗PINK1抗体Abcamab23707
多孔板分光光度计Bio-Rad--
FCS Express软件----
Guava Easy Cyte 8Millipore--
Stereo-Investigator软件MicroBrightField--

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
动物模型诱导
MPTP给药剂量、给药途径、probenecid处理方案、AS-IV给药剂量与时间
阅读提示:Methods: MPTP-induced PD mouse model
体外细胞模型
星形胶质细胞培养条件、AS-IV处理浓度和时间、MPP+/LPS处理浓度和时间
阅读提示:Methods: Primary astrocyte culture and treatment
衰老指标检测
SA-β-gal染色试剂盒来源、p16/lamin B1免疫荧光抗体信息
阅读提示:Methods: β-Galactosidase staining, Immunohistochemical analysis and immunofluorescence
机制验证
3-MA处理浓度和时间、线粒体蛋白提取方法
阅读提示:Methods: Primary astrocyte culture and treatment, Mitochondrial isolation
行为学测试
pole test、traction test、rotarod test的具体参数和评分标准
阅读提示:Methods: Behavioral analysis