Perampanel通过线粒体自噬缓解过氧化氢诱导神经元氧化应激下铁死亡的作用机制

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目的:创伤性脑损伤是指机械外力引起的脑组织损伤,引起大脑功能或者病理方面的改变,具有较高的致残率和死亡率,但目前尚无有效的药物可以减轻TBI后神经元死亡。越来越多研究发现,TBI后的死亡率以及致残率和继发性脑损伤密切相关。继发性脑损伤是在创伤发生后的数小时至数周的动态变化的病理生理过程,在这其中最早和最关键是创伤后的氧自由基过载对神经元的氧化应激的过程。关于继发性脑损伤的发生机制,存在着多种理论学说,如:“兴奋性氨基酸”、“钙离子超载”说、“活性氧自由基”、“线粒体功能衰退”和“内质网应激”等等学说。Perampanel是一种新型谷氨酸受体亚型AMPAR的非竞争性抑制剂。我们之前证实Perampanel可以显著减轻TBI后小鼠脑组织水肿,降低脑组织挫伤体积,并改善运动功能学评分,但其作用机制不明。为探寻Perampanel如何缓解氧化应激下神经元损伤的机制,我们通过H2O2刺激下原代皮层神经元及神经元细胞系小鼠来源神经瘤母细胞N2a来建立神经元氧化应激模型。方法:1.原代神经元及神经元细胞系小鼠来源神经瘤母细胞N2a进行H2O2梯度浓度24小时刺激培养,构建神经元氧化应激模型,使用CCK-8检测原代神经元神经元活力确定IC50浓度。2.在H2O2IC50浓度同时使用梯度浓度Perampanel,使用CCK-8检测Perampanel对氧化应激的作用。3.使用TUNNEL法检测神经元在药物处理后凋亡情况,DCFH-DA探针检测神经元在药物处理后ROS水平,使用JC-1检测在药物处理后线粒体膜电位水平,使用ATP生成试剂检测ATP生成水平,使用LDH-release-释放方法检测神经元LDH-release释放水平。4.使用活细胞钙成像检测神经元钙信号以及线粒体钙信号5.Western blot检测线粒体分裂相关蛋白DRP1以及p-DRP1 s616,自噬相关蛋白以及线粒体自噬相关蛋白P62,LC3Ⅱ/Ⅰ,Pink1,Parkin,铁死亡相关蛋白GPX4,SLC7A11(x CT),FTH1的表达。6.使用活细胞亚铁离子Fe2+检测细胞内亚铁离子水平7.使用线粒体自噬抑制剂Mdivi-1,首先使用CCK-8检测不同浓度Mdivi-1对于神经元活性影响。确定Mdivi-1使用浓度后,同时加入Mdivi-1和Peramapnel,使用Western blot检测使用Mdivi-1后线粒体自噬与铁死亡相关表达改变,并检测Ca2+和Fe2+水平。结果:1.使用原代小鼠皮层神经元以及N2a细胞系在不同IC50浓度的H2O2处理24小时后,CCK-8证实原代神经元以及细胞系神经元活性发生了显著性下降2.TUNNEL实验证明神经元凋亡增加,DCFH-DA探针证实细胞ROS增加,JC-1证实细胞膜电位发生了下降,LDH-release释放试验证实LDH-release酶释放增加,ATP生成检测试验证实神经元细胞ATP生成减少。同时在H2O2处理原代小鼠皮层神经元以及N2a细胞系24小时同时给与3μM Perampanel处理可以挽救H2O2造成的氧化应激,细胞死亡和线粒体功能降低。3.Fluo-4AM和Rhod 2AM活细胞成像证实在H2O2处理发生了细胞和线粒体钙超载,使用Perampanel后钙超载被逆转4.Western blot证实,H2O2刺激下,LC3BⅡ/Ⅰ比值增加,P62增加,DRP1,p-DRP1 s616表达增加,说明在氧化应激下,神经元发生了自噬,并且铁死亡相关蛋白GPX4,SLC7A11(x CT),FTH1蛋白表达降低,细胞Fe2+平均荧光强度增加,提示我们H2O2可以使细胞发生铁死亡。5.加入Perampanel处理后发现LC3BⅡ/Ⅰ比值进一步增加,p62水平降低,DRP1,p-DRP1 s616表达增加同时,Pink1和Parkin蛋白显著增加,提示Perampanel可以促进线粒体分裂,自噬和线粒体自噬水平。并且铁死亡相关蛋白GPX4,SLC7A11(x CT),FTH1蛋白表达增加,细胞Fe2+平均荧光强度降低,提示Perampanel处理可以在氧化应激条件下增加神经元线粒体自噬并且抑制铁死亡的发生。6.使用线粒体自噬抑制剂Mdivi-1阻止了细胞线粒体自噬,p-DRP1 s616表达减少,细胞和线粒体钙平均荧光强度增加,同时,Pink1和Parkin蛋白显著减少,铁死亡相关蛋白GPX4,SLC7A11(x CT),FTH1蛋白表达减少,细胞Fe2+平均荧光强度增加,提示Mdivi-1可以抑制Perampanel处理后神经元线粒体自噬并且增强铁死亡的发生。结论:1.H2O2处理神经元24小时后细胞死亡增加,使用3μMPerampanel与过氧化氢共同孵育降低了H2O2诱导的细胞死亡。2.H2O2处理神经元24小时后细胞炎性水平增加,使用3μMPerampanel与过氧化氢共同孵育降低了H2O2诱导的细胞炎性水平。3.H2O2处理神经元24小时后细胞线粒体功能降低和稳态的,使用3μMPerampanel与过氧化氢共同孵育增加了的细胞线粒体功能和稳态。4.H2O2诱导的氧化应激可以使细胞发生铁死亡。5.Perampanel处理可以改善H2O2诱导的氧化应激条件下神经元线粒体功能,促进线粒体自噬发生并且抑制铁死亡的发生。6.10μMMdivi-1可以抑制Perampanel处理后神经元线粒体自噬和增强神经元铁死亡。
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