Gal-3在大鼠急性脊髓损伤炎症反应中的作用及调控机制研究

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目的:阐明半乳糖凝集素3(Gal-3)在大鼠急性脊髓损伤(SCI)炎症反应中的作用及调控机制。方法:第一部分:Gal-3在大鼠急性脊髓损伤模型中的表达及作用研究(体内实验);(1)12只雄性SD大鼠随机分为对照组和SCI组(每组n=6)。Allen’s法打击脊髓造模,术后24h对大鼠进行眼眶静脉采血。分别于24h、48h和72h对各组大鼠进行BBB评分,然后被处死取损伤处脊髓组织进行含水量测定和苏木精-伊红(HE)染色,采用取血样进行酶联免疫吸附实验(ELISA),检测p65、TNF-α、IL-1β、IL-6、MDA、SOD、CAT以及GSH-PX的表达水平。使用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)测定Gal-3 mRNA的表达。(2)18只雄性SD大鼠随机分为对照组,SCI组和SCI+GB1107组(每组n=6),重复上述实验过程。第二部分:Gal-3促进大鼠急性脊髓损伤炎症反应的可能机制研究(体内实验);(1)12只雄性SD大鼠随机分为对照组和SCI组(每组n=6),术后24h处死大鼠、脊髓组织取样用于基因芯片技术,筛选Gal-3在SCI模型中的调控靶点。(2)12只雄性SD大鼠建立脊髓损伤模型,随机分为阴性对照组和Gal-3干预组(每组n=6),蛋白质免疫印迹法(Western blot)检测Gal-3、TXNIP和NLRP3蛋白的表达。(3)18只雄性SD大鼠随机分为对照组、SCI组和SCI+GB1107组,Western blot检测Gal-3、TXNIP和NLRP3蛋白的表达。第三部分:Gal-3通过ROS/TXNIP/NLRP3信号通路促进脊髓损伤后神经炎症反应的研究(体外实验);(1)LPS诱导PC12细胞构建体外神经炎症模型,48h后收集PC12细胞,随机分为对照组、LPS组和LPS+si-Gal-3组,使用Western blot法检测Gal-3、硫氧还蛋白互作蛋白(TXNIP)和NOD样受体家族蛋白3(NLRP3)的表达,ELISA法检测细胞中ROS、MDA、SOD、CAT、GSH-PX以及IL-1β的水平,免疫荧光染色显示Gal-3的表达。(2)确定活性氧自由基(ROS)抑制剂调控Gal-3对氧化应激的作用,随机分为对照组、LPS组、LPS+si-Gal-3转染组和LPS+si-Gal-3+H2O2组,LPS+ROS抑制剂以及LPS+ROS抑制剂+Gal-3组,ELISA法检测各组细胞中ROS、MDA、SOD、CAT、GSH-PX以及IL-1β的表达水平,Western blot检测TXNIP和NLRP3蛋白的表达。(3)明确TXNIP/NLRP3在Gal-3促神经炎症中的作用:将PC12细胞随机分为6组,分别为对照组、LPS组、LPS+si-TXNIP组、LPS+si-TXNIP+Gal-3组、LPS+si-NLRP3组以及LPS+si-NLRP3+Gal-3组,ELISA法检测各组IL-β的表达水平,Western blot分别检测TXNIP和NLRP3蛋白的表达。结果:第一部分(1)SCI组各时间点的BBB评分明显低于对照组(P<0.05),SCI+GB1107组各时间点的BBB评分明显高于SCI组(P<0.05);(2)SCI组组织含水量明显高于对照组,SCI+GB1107组明显高于SCI组(P<0.05);(3)对照组脊髓组织完整,细胞形态正常,胞核和胞质染色清晰,而SCI组打击部位出现组织坏死、细胞变性、水肿、结构紊乱,伴有不同程度的出血及中性粒细胞浸润为主要表现,SCI+GB1107组脊髓损伤情况明显缓解,组织坏死、细胞变性、水肿、出血及等情况均有改善;(4)与对照组相比,SCI组大鼠血清p65、TNF-α、IL-1β、IL-6和MDA水平明显增加,SOD,CAT、GSH-PX活性明显降低;与SCI组相比,SCI+GB1107组大鼠血清p65、TNF-α、IL-1β、IL-6和MDA水平明显降低,SOD,CAT、GSH-PX活性明显增加(P<0.05);(5)与对照组相比,SCI组大鼠脊髓组织中Gal-3 mRNA表达水平明显增加;与SCI组相比,SCI+GB1107组大鼠脊髓组织中Gal-3 mRNA表达水平明显降低(P<0.05)。第二部分:(1)与对照组相比,SCI组中差异最大的有8个基因上调,7个基因下调;GO分析生物学过程共涉及8种。PPI分析差异表达基因总共23个节点,共有七种配对关系,信号通路主要集中在NLRP3和TXNIP蛋白。(2)与对照组相比,Gal-3干预组Gal-3、TXNIP以及NLPR3蛋白明显高于阴性对照组;与SCI组相比,SCI+GB1107组中Gal-3、TXNIP以及NLPR3蛋白表达明显降低(P<0.05)。第三部分:(1)与LPS组相比,LPS+si-Gal-3转染组IL-1β、MDA、ROS表达水平明显降低,SOD、CAT以及GSH-PX的水平明显升高(P<0.05);(2)LPS+ROS抑制剂+Gal-3组表达水平明显高于LPS+ROS抑制剂组(P<0.05);(3)Gal-3的过表达诱导TXNIP/NLRP3蛋白表达,并增加IL-1β水平。结论:体内SCI模型中,Gal-3表达上调,抑制Gal-3表达可减弱脊髓损伤后神经炎症反应。体外诱导PC12模型中,抑制Gal-3的表达可减弱损伤后神经炎症和ROS的产生;ROS可调控Gal-3对氧化应激的作用。总之,Gal-3通过激活ROS/TXNIP/NLRP3信号通路促进SCI后的神经炎症反应;Gal-3可能是SCI的一种潜在治疗策略。
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