内质网应激和自噬在棕榈酸诱导的前额叶细胞凋亡中的相互作用机制及PPARγ的调节效应

【作者】 李锋； 娄淑杰；

【机构】 广西科技大学； 上海体育学院；

【摘要】 研究目的:以往研究表明,长期肥胖时机体的糖脂等物质代谢发生紊乱、大脑处于炎症、应激及自噬激活状态,与神经可塑性有关的神经营养因子表达下调,大脑认知能力下降,增加患痴呆等神经退行性疾病的风险。但肥胖时机体脑组织内发生的应激、炎症、凋亡及分子通路紊乱(如PPARγ相关通路)等病理之间的关系及作用机制如何还不清楚,为明确高脂环境下脑细胞中发生的ERS、自噬、凋亡及PPARγ信号之间的相互作用关系,本研究采用SD新生鼠前额叶细胞进行离体培养实验,在培养的前额叶细胞中分别加入棕榈酸(PA)、内质网应激抑制剂(4-PBA)、自噬抑制剂(3-MA)及PPARγ激活剂(罗格列酮),观察细胞凋亡率及FATP1、ERS通路相关蛋白、自噬相关蛋白、PPARγ-PI3K/Akt通路相关蛋白及神经可塑相关蛋白的表达情况。研究方法:采用前额叶细胞培养的方法,使用流式细胞凋亡检测和Westernblot检测细胞蛋白表达。细胞分组如下:(1)正常对照组(C组):为Neurobasal培养基;(2)高脂组(PA组):为添加0.5 mM棕榈酸的Neurobasal培养基;(3)ERS抑制剂组(4-PBA组):在PA组中加入5 mM的4-PBA。(4)自噬抑制剂组(3-MA组):在PA组中加入2.5 mM的3-MA。(5)PPARγ激动剂组(Rosi组):在PA组中加入40μm的罗格列酮。研究结果:(1)与C组相比,PA组细胞凋亡率显著升高(P<0.05),FATP1表达显著升高(P<0.05),ERS相关蛋白p-IRE1α、p-PERK、、ATF4、P-JNK、CHOP和caspase12表达显著升高(P<0.01),自噬标志物Beclin-1、LC3Ⅱ/LC3Ⅰ表达显著升高(P<0.01),PPARγ通路p-PI3K、p-Akt显著降低(P<0.01),Bax/Bcl-2和caspase9显著升高(P<0.01),神经可塑相关蛋白NMDAR1、SYN、BDNF和ACh R的表达均显著降低(P<0.01);(2)与PA组相比,4-PBA组细胞凋亡率显著下降(P<0.01),ERS相关蛋白p-IRE1α、p-PERK、p-eIF2α和ATF4、P-JNK、CHOP表达显著降低(P<0.01),自噬标志物Beclin-1、LC3Ⅱ/LC3Ⅰ表达显著降低(P<0.01),PPARγ(P<0.01)、p-PI3K(P<0.05)、p-Akt(P<0.01)均显著降低,caspase9显著升高(P<0.01),神经可塑相关蛋白SYN、BDNF的表达显著升高(P<0.05);(3)与PA组相比,3-MA组细胞凋亡率显著升高(P<0.01),ERS相关蛋白p-PERK(P<0.05)和CHOP(P<0.01)显著升高,p-IRE1α显著降低(P<0.01),自噬标志物Beclin-1、LC3Ⅱ/LC3Ⅰ表达显著降低(P<0.01),PPARγ(P<0.01)、p-PI3K(P<0.05)、p-Akt比值(P<0.01)均显著降低,caspase9显著升高(P<0.01);(4)与PA组相比,Rosi组细胞凋亡率显著下降,ERS相关蛋白p-IRE1α、ATF4、P-JNK、CHOP的水平显著降低(P<0.05),自噬指标无显著差异,PPARγ及p-PI3K、p-Akt及p-CREB均显著升高(P<0.01),Bax/Bcl-2比值、caspase9的表达均显著降低(P<0.01),SYN(P<0.05)、BDNF(P<0.01)和ACh R(P<0.05)的表达均显著升高。结果表明,PA处理的前额叶细胞发生ERS并诱导自噬水平增加,自噬的激活对ERS及其诱导的凋亡起到抑制的作用,细胞内PPARγ-PI3K-Akt-CREB信号通路被激活后可抑制ERS及细胞凋亡,提示PPARγ的激活对细胞具有保护作用,可能是高脂环境下缓解神经可塑性相关蛋白表达下降的重要原因。研究结论:本研究结果表明,使用棕榈酸处理前额叶细胞后,FATP1表达增加并诱导细胞ERS发生和自噬水平增加,最终导致细胞凋亡发生,使用4-PBA抑制ERS后,细胞内自噬水平降低,细胞凋亡发生水平降低,使用3-MA抑制自噬后,细胞内ERS发生水平增加,细胞凋亡发生水平显著增加,这一结果提示,PA处理的前额叶细胞发生ERS会诱导自噬水平增加,自噬的激活对ERS诱导的凋亡可能起到抑制的作用,说明棕榈酸诱导的前额叶细胞ERS及细胞凋亡是神经可塑性相关蛋白下降的直接原因。使用罗格列酮激活剂后,细胞内PPARγ-PI3K-Akt-CREB信号通路被激活,同时ERS发生水平降低,细胞凋亡发生率降低,提示PPARγ的激活对细胞具有保护作用,可能是神经可塑性相关蛋白表达增加的重要原因。更多还原