miRNA參與百草枯和MPTP致神經細胞損害及轉錄因子Nrf2在其中的作用初探.pdf

1、本文主要從以下幾個部分展開論述：
　　第一部分 miRNA參與百草枯和MPTP致神經細胞損害的作用研究
　　目的：探討百草枯(PQ)、1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶(MPTP)致小鼠神經母細胞瘤細胞(Neuro-2a)損害時microRNA(miRNA)表達譜的變化情況，并比較這兩種神經毒物所致miRNA表達譜改變模式。
　　方法：(1)0、100、300μM PQ分別處理Neuro-2a細胞12、24、

2、48h，Hoechst-33258染料法(n=5)和Annexin V-FITC/PI流式細胞儀(n=3)測定細胞凋亡；0、300μM MPTP處理Neuro-2a細胞48h(n=3)，Annexin V-FITC/PI流式細胞儀測定細胞凋亡；(2)0、300μM PQ和300μM MPTP處理Neuro-2a細胞48h(n=3)后，進行miRNA芯片檢測，分析miRNA表達譜的變化，并通過火山圖(Volcano Plot)過濾，確定差

3、異表達的miRNA(差異倍數(shù)(FC)≥1.5，p<0.05)；(3)挑選出6個差異表達的miRNAs(miR-17-5p、miR-93-5p、miR-210-3p、miR-374-5p、miR-378-3p、miR-503-5p)，用實時熒光定量PCR(qRT-PCR)驗證其表達水平；(4)用Microcosm、Targetscan和Miranda預測miRNA潛在靶基因；對特異的miRNA下游靶基因進行基因本體(GO)分析和KEGG通

4、路分析。
　　結果：(1)PQ可誘導Neuro-2a細胞凋亡和死亡，且存在時間-劑量效應和濃度-劑量效應，時間和濃度之間存在交互作用；MPTP也可誘導Neuro-2a細胞凋亡和死亡；(2)300μM PQ和300μM MPTP處理細胞48h，均可引起miRNA表達譜的改變；與對照組比較，PQ組60個miRNAs表達上調,228個表達下調；MPTP組506個表達上調,70個表達下調；(3)qRT-PCR驗證miRNAs的表達水平的結

5、果表明：與對照組比較，PQ組miR-374-5p和miR-503-5p表達下調，差異有統(tǒng)計學意義(p<0.05)；MPTP組miR-93-5p表達上調，差異無統(tǒng)計學意義(p>0.05)；與PQ組比較，MPTP組miR-17-5p和miR-378-3p表達上調，差異有統(tǒng)計學意義(p<0.05)，miR-93-5p和miR-210-3p表達上調，差異無統(tǒng)計學意義(p>0.05)；其結果與芯片結果大體一致。(4)聯(lián)合應用靶基因預測程序預測到3

6、62個共同靶基因，基因本體(GO)分析結果表明：miR-17-5p和miR-93-5p共同參與DNA依賴的轉錄調控、RNA代謝過程和分子功能的調節(jié)，miR-17-5p還參與細胞內信號級聯(lián)、嘌呤核苷酸的結合過程，miR-93-5p還參與磷代謝、轉錄調節(jié)子的活性過程；KEGG pathway分析結果表明：miR-17-5p和miR-93-5p共同參與內吞作用、細胞周期通路，miR-17-5p還參與MAPK信號通路、泛素介導的蛋白質水解，mi

7、R-93-5p還參與膀胱癌、TGF-β信號通路、p53信號通路?？傊?，這些結果共同提示miRNA可能參與PQ誘導和MPTP誘導的神經細胞退行性病變過程。
　　結論：PQ和MPTP致神經細胞損害時均出現(xiàn)miRNA表達譜的特征性改變，miRNA可能參與PQ和MPTP致神經細胞退行性病變的分子機制。
　　第二部分 反式轉錄因子Nrf2參與百草枯和MPTP致神經細胞損害的作用
　　目的：建立PQ或MPTP染毒Nrf2(+/+)

8、和Nrf2(-/-)ICR小鼠PD模型，進一步探討Nrf2參與百草枯和MPTP致神經細胞損害的作用。
　　方法：(1)5、10mg/kg PQ和30mg/kg MPTP染毒Nrf2(+/+)和Nrf2(-/-)小鼠；(2)HE染色法檢測中腦黑質細胞形態(tài)學改變(n=3)，每組三片；(3)酪氨酸羥化酶TH免疫組化染色法檢測中腦黑質多巴胺能神經元數(shù)量變化情況(n=3)，每組三片；(4)原位缺口末端標記TUNEL檢測中腦黑質細胞凋亡情況(

9、n=3)，每組三片；(5)Nrf2免疫組化染色法檢測中腦黑質Nrf2蛋白表達情況(n=3)，每組三片。
　　結果：(1)PQ、MPTP染毒小鼠后出現(xiàn)類PD樣行為異常，Nrf2(-/-)小鼠表現(xiàn)更為明顯。(2)與生理鹽水對照組相比，30mg/kg MPTP染毒Nrf2(+/+)和Nrf2(-/-)小鼠神經細胞出現(xiàn)明顯的細胞核固縮、碎裂、呈藍黑色，未見其他明顯變化；5、10mg/kg PQ染毒Nrf2(+/+)和Nrf2(-/-)小鼠

10、細胞同樣出現(xiàn)明顯的細胞核固縮、碎裂，呈藍黑色，未見其他明顯變化。(3)與生理鹽水對照組比較，MPTP染毒Nrf2(+/+)和Nrf2(-/-)小鼠的中腦黑質TH蛋白免疫反應陽性的DA神經元數(shù)量減少，差異有統(tǒng)計學意義(p<0.01)。5mg/kg PQ染毒Nrf2(+/+)和Nrf2(-/-)小鼠TH蛋白免疫反應陽性的DA神經元未見明顯變化，差異無統(tǒng)計學意義(p>0.05)。10mg/kg PQ染毒Nrf2(+/+)和Nrf2(-/-)小

11、鼠TH蛋白免疫反應陽性的DA神經元數(shù)量減少，差異有統(tǒng)計學意義(p<0.01)。(4)與生理鹽水對照組相比，30mg/kg MPTP染毒后，Nrf2(+/+)ICR和Nrf2(-/-)小鼠中腦黒質神經細胞均見凋亡；雖然5mg/kg PQ染毒后，Nrf2(+/+)ICR和Nrf2(-/-)小鼠中腦黒質神經細胞未見明顯凋亡，但10mg/kg PQ染毒后，Nrf2(+/+)ICR和Nrf2(-/-)小鼠中腦黒質神經細胞均見凋亡。(5)生理鹽水處

12、理Nrf2(+/+)和Nrf2(-/-)小鼠中腦黑質，細胞形態(tài)、細胞凋亡率未見差異，TH蛋白免疫反應陽性的DA神經元數(shù)量差異無統(tǒng)計學意義(p>0.05)；5mg/kg PQ染毒Nrf2(+/+)和Nrf2(-/-)小鼠中腦黑質細胞核出現(xiàn)核固縮、碎裂、呈藍黑色，細胞均未見凋亡；TH蛋白免疫反應陽性的DA神經元蛋白數(shù)量差異無統(tǒng)計學意義(p>0.05)；10mg/kg PQ染毒Nrf2(+/+)和Nrf2(-/-)小鼠中腦黑質細胞核出現(xiàn)核固縮

13、、碎裂、呈藍黑色，可見較明顯的細胞凋亡；10mg/kg PQ染毒Nrf2(-/-)小鼠TH蛋白免疫反應陽性的DA神經元數(shù)量與Nrf2(+/+)小鼠相比有所減少，差異有統(tǒng)計學意義(p<0.05)；30mg/kg MPTP染毒Nrf2(+/+)和Nrf2(-/-)小鼠中腦黑質均出現(xiàn)核固縮、碎裂、呈藍黑色，可見較明顯的細胞凋亡；Nrf2(-/-)小鼠比Nrf2(+/+)小鼠TH蛋白免疫反應陽性的DA神經元表達上升，差異有統(tǒng)計學意義(p<0.0

14、5)。(6)生理鹽水處理Nrf2(-/-)小鼠與Nrf2(+/+)小鼠后，與Nrf2(+/+)小鼠對比，Nrf2(-/-)小鼠Nrf2表達量明顯降低，基本上不表達。(7)與生理鹽水Nrf2(+/+)ICR小鼠組比較，30mg/kg MPTP染毒組Nrf2蛋白表達下降；5mg/kg PQ染毒組也下降，但10mg/kg PQ染毒組有所增加。
　　結論：成功建立PQ或MPTP染毒Nrf2(+/+)和Nrf2(-/-)小鼠PD模型；Nrf

15、2在PQ誘導的神經毒性中起神經保護作用。
　　第三部分 反式轉錄因子Nrf2在百草枯、MPTP致小鼠中腦黑質microRNA表達改變中的作用
　　目的：探討百草枯(PQ)、1-甲基-4-苯基-1,2,3,6-四氫吡啶(MPTP)致小鼠中腦黒質損害時microRNA(miRNA)表達譜的變化情況，并比較這兩種神經毒物所致miRNA表達譜改變模式；應用Nrf2基因敲除小鼠探討反式轉錄因子Nrf2在百草枯、MPTP致小鼠中腦黑質m

16、icroRNA表達改變中的可能作用。
　　方法：(1)生理鹽水，5、10mg/kg PQ和30mg/kg MPTP染毒Nrf2(+/+)和Nrf2(-/-)小鼠(n=3)；(2)生理鹽水，5、10mg/kg PQ和30mg/kg MPTP染毒Nrf2(+/+)和Nrf2(-/-)小鼠后，取中腦黒質進行miRNA(n=3)和mRNA(n=3)芯片檢測，分析miRNA和mRNA表達譜的變化，并通過火山圖(Volcano Plot)過濾

17、，確定差異表達的miRNA(差異倍數(shù)(FC)≥1.5且p<0.05)，mRNA(差異倍數(shù)(FC)≥2且p<0.05)；(3)用鎖定核苷酸原位雜交(LNA-ISH)和qRT-PCR驗證驗證miRNA-380-3p表達水平(n=3)；(4)用Microcosm、Targetscan和Miranda預測miRNA-380-3p潛在靶基因，(5)預測到的潛在靶基因結果與mRNA芯片檢測結果比對分析，確認潛在的可能下游靶基因。
　　結果：(

18、1)Nrf2依賴效應(非依賴于MPTP、PQ處理)：miR-128、miR-7a、miR-669c、miR-298、miR-543、miR-770-5p、miR-669b*、miR-544-5p與Nrf2相關。(2)PQ或MPTP處理Nrf2(+/+)ICR小鼠中腦黒質miRNA表達譜出現(xiàn)改變，miR-140和miR-380-3p可能參與PQ或MPTP引起的神經毒性。(3)PQ或MPTP處理Nrf2(-/-)ICR小鼠miR-135b均

19、出現(xiàn)改變，不同劑量PQ處理Nrf2(-/-)ICR小鼠后miR-142-5p和miR-451均出現(xiàn)改變。(4)MPTP依賴效應(非依賴于Nrf2)：MPTP可引起miR-674-3p、miR-133b、miR-135b、miR-380-3p的改變。(5)低劑量PQ依賴效應(非依賴于Nrf2)：5mg/Kg PQ可引起miR-140表達的改變。(6)高劑量PQ依賴效應(非依賴于Nrf2)：未見相關miRNAs改變。(7)Nrf2-MPTP

20、相互作用的效應(依賴于Nrf2和MPTP)：miR-543、miR-379、miR-376c*、miR-380-3p、miR-467g、miR-669c*、miR-1902、let-7d*、miR-669f-3p、miR-351、miR-615-3p、miR-138-1*、miR-378/miR-378b、miR-99b*、miR-34b-3p。(8)Nrf2-低劑量PQ相互作用的效應(依賴于Nrf2和低劑量PQ)：miR-31、miR

21、-376c、let-7i*、miR-669b*、miR-377、miR-382、miR-338-5p、miR-135a、miR-344、miR-219-3p、miR-700*、miR-15b、miR-3099、miR-301a。(9)Nrf2-高劑量PQ相互作用的效應(依賴于Nrf2和高劑量PQ)：miR-495*、miR-154*、let-7b、miR-1983、miR-26a。(11)不同處理后共同差異表達的miRNAs有miR-3

22、76c、miR-154*、miR-377。(12)鎖定核苷酸原位雜交驗證PQ或MPTP處理Nrf2(+/+)ICR和Nrf2(-/-)ICR小鼠后miR-380-3p表達情況，結果與表達譜一致。同樣qRT-PCR驗證結果也與表達譜一致。(13)靶基因預測結果與mRNA表達譜結果共同提示Sp3mRNA可能是miRNA-380-3p的下游靶基因。miR-128、miR-7a、miR-669c、miR-298、miR-543、miR-770-

23、5p、miR-669b*、miR-544-5p與Nrf2相關。
　　結論：PQ、MPTP體內暴露可改變miRNA表達譜，這可能是PQ、MPTP神經毒性作用機制之一，兩者引起的miRNA表達譜改變既有差異也有相關；MPTP可能是通過其與反式作用因子Nrf2之間相互作用引起中腦黒質miRNA表達譜改變，其中miR-380-3p/Sp3mRNA的途徑改變是其中結果之一，這很可能是MPTP誘導神經毒性的機制之一；PQ可能是通過其與反式作用