sPLA_2在神经炎症反应中的作用及其机制

【摘要】研究背景多种中枢神经系统功能障碍,比如脑感染,脑缺血,脑外伤,中风以及中枢神经系统退行性病变都涉及神经炎症反应。中枢神经系统炎症过程的一个重要特点就是促炎介质的生成和释放,花生四烯酸(AA)是其中的一类重要的促炎介质。花生四烯酸代谢途径最重要的酶促过程就是磷脂酶A2(PLA2)的水解。在病理条件下,PLA2将膜磷脂从Sn-2位脂酰基水解断裂,释放出花生四烯酸,AA经代谢途径下游的两种关键酶,环氧酶(COX)和脂氧酶(LOX)催化为前列腺素(PG)和白细胞三烯(LT)等类花生酸代谢产物,损伤脑细胞。PLA2是一类磷脂水解酶超家族,分布最广泛的两种亚型是胞质磷脂酶A2(cPLA2)和分泌型磷脂酶A2(sPLA2)。目前对于脂多糖(LPS)诱导的神经炎症过程中sPLA2的功能还不明了。乙酰葛根素是将葛根素经过结构改良获得的一种新型异黄酮类化合物,尽管我们已有的报道提示乙酰葛根素对脑缺血再灌注损伤具有一定的保护作用,但其保护作用机制尚不清楚。研究目的研究sPLA2在LPS刺激所致大鼠大脑皮层炎症以及星形胶质细胞炎症反应中的作用。重点研究了新型异黄酮类化合物乙酰葛根素的神经保护作用,并探讨其发挥神经保护作用的可能机制,为其发展为治疗神经炎症的具有自主知识产权的创新药物提供理论基础。研究方法本研究由两部分组成：1.利用原代培养的大鼠星形胶质细胞来研究sPLA2-ⅡA在LPS诱导的神经炎症中的作用。采用RT-PCR来检测在原代培养大鼠星形胶质细胞和小胶质细胞中sPLA2-ⅡAmRNA的表达。以ELISA检测星形胶质细胞中PGE2浓度。Westernblot检测AA代谢相关蛋白的表达。体内试验采用小鼠脑室注射LPS建立脑炎症损伤模型来研究sPLA2-ⅡA对小鼠大脑皮质炎症过程中MAPK-cPLA2α-PGE2通路的调节作用。采用ELISA来检测小鼠大脑皮质PGE2生成水平。Westernblot来检测sPLA2-ⅡA,COX-2和mPGES-1蛋白表达水平以及ERK1/2,p38和cPLA2α的磷酸化水平。2.采用高效液相色谱法(HPLC),对乙酰葛根素在大鼠体内的药动学过程进行了分析,同时利用原代培养的大鼠星形胶质细胞模拟体外炎症模型研究乙酰葛根素在LPS诱导类花生酸合成过程中的作用机制。MTT法检测乙酰葛根素对原代培养大鼠星形胶质细胞存活率的影响。以westernblot及免疫荧光染色检测各蛋白表达水平,检测乙酰葛根素是否可以抑制groupVsPLA2的蛋白水平以及阻断LPS所致ERK1/2/cPLA2α信号通路的激活。采用ELISA来检测细胞中PGE2和LTC4的释放量。花生四烯酸代谢途径的其他相关蛋白表达水平用westernblot来检测。研究结果1.LPS能够引起原代培养的星形胶质细胞中sPLA2-ⅡAmRNA表达水平呈时间和剂量依赖性的增加；但在原代培养的小胶质细胞中没有这一现象。因此我们利用原代培养的星形胶质细胞来模拟体外炎症条件,来研究sPLA2-ⅡA在LPS诱导PGE2生物合成过程中的作用。在此实验中我们还引入了sPLA2-ⅡA特异性阻断剂SC-215,在星形胶质细胞中SC-215能够剂量依赖性的降低LPS诱导产生的PGE2水平。体内试验部分：脑室注射LPS时采用SC-215干预,可以使sPLA2-ⅡA的蛋白表达下降90%以上。与预期一致,PGE2的合成也在SC-215的干预下被明显抑制(下降7596以上)。在小鼠大脑皮质中,LPS能够引起时间依赖性的cPLA2α的磷酸化,ERK1／2的磷酸化要先于cPLA2α,并且在10min时便达到高峰。后续的磷酸化在30min时仍能检测到,在60min时回到基础水平。后续的实验结果显示,sPLA2-ⅡA缺失能使小鼠大脑皮质cPLA2α和ERKl／2的磷酸化水平被明显抑制,但对p38的磷酸化没有任何作用。小鼠脑室注射ERK1/2和cPLA2α的特异性阻断剂AACOCF3和U0126可以使脑组织PGE2水平分别下降3.5和4倍。COX-2在正常生理条件下的小鼠大脑皮质中没有表达,但其蛋白表达在LPS诱导后明显升高,sPLA2-ⅡA缺失又能降低这种表达。mPGES-1是PGE2生物合成过程末端的关键酶,LPS能够诱导使其酶活性升高,而sPLA2-IIA缺失能够阻断LPS的这种作用。2.乙酰葛根素在大鼠体内代谢为葛根素,药动学过程符合二室模型,主要药动学参数为经灌胃给药葛根素AUC(0～∞)为(44.76±4.13)mg·L-1·h,经静脉注射给药AUC(0-∞)为(36.67±5.3)mg·L-1·h,与静脉给予乙酰葛根素后体内葛根素的暴露水平相比,灌胃给予葛根素后体内葛根素的暴露水平为48.12%(生物利用度为48.12%),经灌胃给药Cmax和tmax,t1/2分别为(12.07±0.15)μg/mL、(1±0.33)h.(2.52±0.21)h。乙酰葛根素对星形胶质细胞无细胞毒性。为了检测乙酰葛根素对大鼠星形胶质细胞炎症反应的影响,我们分析了LPS刺激后细胞上清中两种类花生酸,PGE2和LTC4的水平。结果表明,乙酰葛根素能够剂量依赖性的抑制LPS引起的PGE2和LTC4的释放。为探讨乙酰葛根素的保护作用是否涉及了groupVsPLA2的改变,我们通过westernblot和免疫荧光检测了各组星形胶质细胞groupVsPLA2的表达和活性。结果提示乙酰葛根素可呈剂量依赖性抑制LPS诱导的星形胶质细胞中groupVsPLA2蛋白表达。cPLA2a是PGE2和LTC4产生的关键酶。前期的报道也提示,在多种刺激条件下,ERKl/2的磷酸化能够引起cPLA2α的磷酸化。转录因子NF-κB能够在转录水平上调节花生四烯酸代谢酶。为了研究乙酰葛根素的保护作用机制,我们用westernblot检测了LPS刺激后星形胶质细胞中cPLA2α,ERK1/2及NF-κBp65的磷酸化水平。结果表明,乙酰葛根素可以降低LPS所致groupVsPLA2下游蛋白ERK1/2及的磷酸化以及cPLA2α的活化,并且抑制p65的磷酸化。众所周知COX-2和LOX-5分别是PGE2和LTC4生成的关键酶。MAPK-NF-κB能够调节COX-2和LOX-5的表达。我们下一步检测了乙酰葛根素对LPS诱导引起的COX-2及LOX-5的表达的影响。LPS分别引起COX-2和LOX-5蛋白水平4倍和2倍的增加,而乙酰葛根素预处理能够剂量依赖性地降低LPS的这种影响。研究结论1.在原代培养的星形胶质细胞中,LPS诱导PGE2生物合成呈时间依赖性增多,并且伴随sPLA2-ⅡAmRNA呈时间依赖性增加,蛋白含量亦增加。sPLA2-ⅡA阻断剂SC-215可以阻断LPS的作用并且呈现剂量依赖性。体内实验结果与体外一致,提示sPLA2-ⅡA缺失能够改善LPS引起的神经炎症反应。采用p38和MEK1/MEK2的阻断剂,我们证明LPS诱导的cPLA2α的连续磷酸化和后续的PGE2的生物合成需要ERK1/2而不是p38的活化。体内试验进一步证实,sPLA2-ⅡA通过持续活化ERK1/2来调节cPLA2α的磷酸化。我们的实验结果也证明花生四烯酸代谢下游的两种关键酶COX-2和mPGES-1都受到SPLA2-ⅡA的调控。2.高效液相色谱法可作为乙酰葛根素在大鼠体内药动学的检测手段。据文献报道,灌胃葛根素后葛根素的绝对生物利用度仅为5%-6%；本研究结果表明,灌胃乙酰葛根素后葛根素在大鼠体内的暴露水平得到显著提高(生物利用度提高至48.12%)。乙酰葛根素对急性实验性炎症模型具有较好的抗炎作用。乙酰葛根素的抗炎作用机制涉及到抑制炎症过程中炎症介质产生的上游信号分子,这可能是其发挥抗炎作用的部分机制。PGE2及LTC4合成的关键酶COX-2以及LOX-5在炎症的发生发展中发挥着重要的作用,而groupVSPLA2及ERK1/2和转录因子NF-κB的活化也涉及其中。我们的实验表明,乙酰葛根素可通过抑制NF-κB及ERK1/2的活化,以及花生四烯酸代谢的关键酶如groupVsPLA2,cPLA2α,COX-2及LOX-5的表达和活性从而减少炎性介质PGE2及LTC4的生成。
【作者】相妍笑；
【导师】张岫美；
【作者基本信息】山东大学，医学基础药理学，2014，博士
【关键词】花生四烯酸；ⅡA型分泌型磷脂酶A2；脂多糖；星形胶质细胞；V型分泌型磷脂酶；乙酰葛根素；

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