腹腔内注射脂多糖对大鼠黑质多巴胺能神经元和小胶质细胞活性的影响

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中枢神经系统炎症是许多神经变性疾病的基础,以小胶质细胞为代表的中枢神经系统炎症是许多慢性疾病的病理过程。然而,中枢神经系统直接受到侵犯发生炎症的机率并不高,而由于直接与外界环境接触,外周系统成为机体接受刺激后产生免疫反应的首个阵地。虽然有血脑屏障阻隔中枢神经系统与外周的直接联系,但是,大量数据提示外周免疫可以跨越血脑屏障对中枢神经系统炎症的启动施加影响,因此,理清外周、中枢之间的免疫交通的关键通路对理解中枢免疫异常发生至关重要。  小胶质细胞广泛分布于中枢神经系统,但在黑质比其他脑区分布密度高[1]。作为脑内固有的免疫细胞,主要行使吞噬和免疫功能,被认为是中枢神经系统中最有代表性的免疫细胞。帕金森病患者,在黑质纹状体有大量的小胶质细胞被激活、增殖,尤其黑质更显著。小胶质细胞的活化被认为是中枢神经系统微环境变化最敏感的标志。  目前发现,小胶质细胞激活后功能发生改变,可以通过释放大量毒性兴奋性氨基酸等介导神经元损伤。另外,激活的小胶质细胞在特定条件下对损伤神经组织发挥营养支持作用。因此,目前认为小胶质细胞在神经损伤中发挥着损伤和修复的双重作用[2,3]。小胶质细胞活化并非一定导致多巴胺能神经元损伤,但过度活化将产生严重后果,主要取决于刺激因子的种类、强度以及机体的反应等因素。  LPS作为强效炎症反应诱导剂,是较为经典的小胶质细胞活化剂,与多巴胺能神经元进行性变性密切相关,但LPS只在小胶质细胞存在的情况下才对多巴胺能神经元产生毒性作用[4]。在动物,脑内黑质部位立体定向注射LPS,能够理想地模拟帕金森病的病理过程,成为广泛使用的帕金森病炎症模型。  在人类,全身或局部感染性疾病对黑质-纹状体系统产生明显的损伤,致帕金森病患者发病或病情加重。因此,有研究给动物腹腔注射LPS,发现小胶质细胞可被明显激活,产生一系列免疫炎性和神经毒性因子,包括一氧化氮(NO)、TNF-α、L-1b及PGF2等,从而选择性损伤多巴胺能神经元[5]。  然而LPS很少越过血脑屏障进入中枢神经系统直接作用于神经组织,但外周注入LPS后,迷走神经系统发生病理生化的改变,提示LPS可以通过外周神经将信息传递至脑组织[6]。另外,部分外周炎性介质可进入缺乏血脑屏障的脑室周围,激活中枢免疫细胞,导致大量炎性因子释放[7],进而影响多巴胺能神经传导途径[8]。  帕金森病的发病率随年龄增长而显著增加,老化提高了多巴胺能神经元对神经毒素的敏感性。研究表明,老化可使黑质纹状体系统发生改变,致帕金森病标记物表达接近阈值,而且老化所造成的损害不断累积,可能在帕金森病的发生发展中起到重要的作用[9]。目前认为,老化是帕金森病发病最强的危险因素。  目的:  研究外周炎性介质对黑质内多巴胺能神经元和小胶质细胞活性的影响,探究时间和老龄化对其的调节与相关机制,以及大鼠黑质NADPH氧化酶的表达及活性氧(ROS)的产生情况。  方法:  青年组和老年组SD大鼠经腹腔注射脂多糖(1 mg/kg)后,分别于6小时、12小时、24小时、48小时、1周处死。①用SP法行抗TH和抗Iba-1免疫组织化学染色,观察大鼠黑质多巴胺能神经元和小胶质细胞形态学变化及随时间变化的规律。②ELISA法分别检测不同时间点血及脑脊液中TNF-α、IL-6及IL-1β水平,观察各组大鼠血及脑脊液中炎性因子随时间变化的规律,并比较各个时间点两组大鼠炎性因子水平的不同。③取脑黑质,DCFH-DA探针检测青年组与老年组大鼠在不同时间点活性氧(ROS)产生情况,并比较青年组与老年组的区别。④WesternBlot检测老年组和青年组大鼠NADPH酶情况,并比较在相同时间点两组的区别。  结果:  ①在各时间点,老龄组大鼠小胶质细胞激活程度比青年组大鼠明显;老年组与青年组大鼠活化小胶质细胞的数量高峰均在24小时,并且各时间点老年组活化小胶质细胞数量多于青年组,但是仅在6小时存在统计学差异,P<0.05。②老年组多巴胺能神经元的减少早于青年组;12小时后各时间点老年组多巴胺能神经元数量均少于青年组,存在统计学差异,P<0.05;老年组和青年组的小胶质细胞的激活均早于多巴胺能神经元的减少。③老年组脑脊液中炎性因子水平高于青年组。④腹腔注射脂多糖12小时,大鼠黑质内ROS活性达到高峰。⑤腹腔注射脂多糖12小时,NADPH酶活性增加,达到高峰。  结论:  老化因素使得外周炎性介质诱发的CNS炎性反应发生得更早更明显,且NADPH氧化酶表达增多及向膜蛋白的转移对CNS炎性反应有促进作用。
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