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目的: 抑郁症是世界范围内普遍存在的一类精神疾病,主要表现为情绪低落,失去自我,兴趣降低,烦躁感,睡眠障碍,严重者可出现自杀念头。全世界大约有3.5亿人罹患抑郁症,预计在未来20年,抑郁症将成为世界残疾的首要原因。据统计,我国抑郁症的患病率约为3%-6%,并呈逐年上升的趋势。抑郁症的发病机制复杂,其主要的发病机制研究假说有单胺类神经递质假说、脑源性神经营养因子假说、下丘脑-垂体-肾上腺(HPA)轴假说以及免疫炎性假说等。近年来随着对抑郁症的深入研究,免疫炎性假说受到越来越多研究者的关注。该假说认为抑郁症的发生可能是由于免疫系统激活而导致细胞因子过度分泌引起,这就为抑郁症的防治提供了新的研究方向。 尽管目前在治疗抑郁症的新药研发和治疗途径上有了不少进展,但是仍然没有让人满意的方法。有研究提出运动可以缓解抑郁症状,可见运动抗抑郁越来越受到研究者的关注。虽然目前对运动抗抑郁也有不少研究,比如运动可以调整突触结构和功能、促进海马神经元的再生、增强脑源性神经营养因子的表达等,但是将运动作为治疗抑郁症的方法仍处于起始阶段,运动抗抑郁的详细机制还未完全阐明。众所周知,运动会产生大量的乳酸,它能够在不同的细胞和器官中穿梭。大脑中的乳酸主要来源于神经元和神经胶质细胞,可以为神经元提供能量物质,不仅如此,乳酸在中枢神经系统中还扮演着信号分子的作用。随着对乳酸的深入研究,发现外源性注射乳酸可以缓解小鼠抑郁样行为,提示乳酸具有抗炎抗抑郁的作用,但是具体的作用机制尚不明确。 小胶质细胞是中枢神经系统的免疫细胞,它的活动与多种病理情况相关,如心理应激、病理老化和慢性感染,调节着神经和免疫系统对不同生理及心理作出的反应。有研究表明,在病理过程中,小胶质细胞在神经可塑性、神经保护受损以及抑郁症的恶化中发挥重要作用。越来越多的研究表明,抑郁症的发生与小胶质细胞过度活化引起的炎症反应及海马组织的退化有关。 本课题组的前期研究发现,在抑郁样动物模型中,外源性给予乳酸能够改善脂多糖(LPS)引起的小鼠抑郁样行为,抑制LPS诱导的炎症反应,但是具体的分子机制尚未阐明。因此,本课题从细胞水平探讨乳酸的具体抗炎作用。 方法: 1.体外培养海马原代小胶质细胞。取C57BL/6乳鼠海马培养混合胶质细胞,待其生长至10-12d时,采用利多卡因分离法分离小胶质细胞,纯化后第三代至第五代的小胶质细胞用于实验研究。 2.以LPS作为刺激因子分别处理小胶质细胞3h、6h、12h、24h,酶联免疫吸附法(enzyme-linked immunosorbent assay,ELISA)检测各组促炎性因子TNF-α、IL-1β表达情况。 3.采用CCK-8的方法检测10mM、20mM、30mM三个不同浓度的乳酸处理分离纯化后的小胶质细胞24h对其活性的影响。 4.用10mM、20mM、30mM三个浓度的乳酸及LPS处理小胶质细胞3h、6h、12h后,ELISA检测各组促炎性因子TNF-α、IL-1β表达情况。 5.用LPS分别处理小胶质细胞3h、6h、12h、24h后,Western blot方法检测NF-κB磷酸化及总蛋白水平表达情况。 6.用20mM的乳酸及LPS处理小胶质细胞3h、6h、12h后,Western blot方法检测NF-κB磷酸化及总蛋白水平表达情况。 7.以LPS分别处理小胶质细胞3h、6h、12h、24h后,免疫细胞化学染色方法检测NF-κB磷酸化蛋白水平表达情况。 8.用LPS处理小胶质细胞6h时,免疫细胞化学染色方法观察乳酸对小胶质细胞NF-κB磷酸化蛋白水平的影响。 9.以LPS分别处理小胶质细胞3h、6h、12h、24h后,Western blot方法检测NLRP3炎性体相关蛋白表达情况。 10.用20mM的乳酸及LPS处理小胶质细胞3h、6h、12h后,Western blot方法检测NLRP3炎性体相关蛋白表达情况。 11.以LPS分别处理小胶质细胞3h、6h、12h、24h后,免疫细胞化学染色方法观察NLRP3炎性体相关蛋白水平表达情况。 12.用LPS处理小胶质细胞3h或6h后,免疫细胞化学染色方法观察乳酸对小胶质细胞NLRP3炎性体相关蛋白水平的影响。 结果: 1.与对照组相比,LPS处理小胶质细胞3h、6h、12h时,其促炎性因子TNF-α表达显著升高(p<0.05);LPS处理小胶质细胞3h、6h、12h时,其促炎性因子IL-1β表达显著升高(p<0.05)。 2.10mM、20mM、30mM三个不同浓度的乳酸处理小胶质细胞24h,均不影响小胶质细胞的活性。 3.加入10mM、20mM、30mM的乳酸和LPS处理小胶质细胞3h、6h时,与LPS组相比,三个浓度的乳酸均能下调炎性因子TNF-α的表达(p<0.05);当加入20mM、30mM的乳酸和LPS处理小胶质细胞3h、6h、12h时,与LPS组相比,20mM、30mM的乳酸均能下调炎性因子IL-1β的表达(p<0.05)。 4.Western blot结果显示,与对照组相比,LPS处理小胶质细胞3h、6h、12h后,相较于对照组,小胶质细胞NF-κB磷酸化蛋白水平显著升高(p<0.05),NF-κB总蛋白无明显变化。 5.Western blot结果显示,与各时间点LPS组相比,乳酸处理小胶质细胞6h、12h后,NF-κB磷酸化蛋白表达均显著下降(p<0.05); 6.免疫细胞化学染色方法结果显示,与对照组相比,小胶质细胞NF-κB磷酸化蛋白水平在LPS处理6h、12h后表达增加,且在LPS处理6h时,其荧光强度最强;与LPS组相比,乳酸使LPS诱导的P-NF-κB表达增加下调。 7.Western blot结果显示,LPS处理小胶质细胞3h、6h、12h后,相较于对照组,小胶质细胞NLRP3蛋白水平显著升高(p<0.05),并在LPS刺激6h后NLRP3蛋白水平达到峰值(p<0.001);LPS处理小胶质细胞3h、6h、12h后,与对照组相比,ASC蛋白水平显著升高(p<0.01),并于LPS刺激3h后,ASC蛋白水平表达最高(p<0.001);LPS处理小胶质细胞6h、12h后,与对照组相比,Caspase-1蛋白水平显著升高(p<0.05),并在作用6h时,Caspase-1蛋白水平表达最高(p<0.01)。 8.Western blot结果显示,与各时间点LPS组相比,乳酸处理小胶质细胞6h后,NLRP3蛋白表达均显著下降(p<0.001);当乳酸处理小胶质细胞3h、6h、12h时,与各时间点LPS组相比,ASC蛋白水平均显著下降;当乳酸处理小胶质细胞6h时,与各时间点LPS组相比,Caspase-1蛋白水平显著下降(p<0.01)。 9.免疫细胞化学染色方法结果显示,与对照组相比,小胶质细胞NLRP3蛋白在LPS处理3h、6h、12h后表达增加,且在LPS处理6h时,其荧光强度最强;小胶质细胞ASC蛋白在LPS处理3h、6h、12h后表达增加,且在LPS处理3h时,其荧光强度最强;小胶质细胞Caspase-1蛋白在LPS处理3h、6h、12h后表达增加,且在LPS处理6h时,其荧光强度最强。 10.免疫细胞化学染色方法结果显示,LPS和乳酸处理小胶质细胞6h,与对照组相比,LPS组NLRP3表达增加;与LPS组相比,乳酸使LPS诱导的NLRP3表达增加明显下调;LPS和乳酸处理小胶质细胞3h,与对照组相比,LPS组ASC表达增加;与LPS组相比,乳酸使LPS诱导的ASC表达增加明显下调;LPS和乳酸处理小胶质细胞6h,与对照组相比,LPS组Caspase-1表达增加;与LPS组相比,乳酸使LPS诱导的Caspase-1表达增加明显下调。 结论: 1.LPS诱导小鼠海马原代小胶质细胞发生炎症反应。 2.乳酸能够抑制LPS诱导的小鼠海马原代小胶质细胞炎症反应。 3.乳酸可能通过抑制促炎性因子TNF-α、IL-1β的生成、NF-κB的活化及NLRP3炎性体的激活而发挥抗炎作用。