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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- ATP誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞凋亡研究
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 簡(jiǎn)介：
- 小膠質(zhì)細(xì)胞作為CNS的吞噬細(xì)胞，其過(guò)度激活或凋亡參與了諸多神經(jīng)系統(tǒng)損傷及變性病如中風(fēng)、癲癇、帕金森氏病、阿爾茨海默病等的發(fā)生和發(fā)展，而其適度活化或抗凋亡可能對(duì)上述疾病具有保護(hù)和治療作用。本項(xiàng)目證明，高濃度ATP可誘導(dǎo)BV-2小膠質(zhì)細(xì)胞凋亡，而其P2X7R拮抗劑BBG明顯阻斷了此作用，產(chǎn)生抗小膠質(zhì)細(xì)胞凋亡和保護(hù)作用。此結(jié)果的進(jìn)一步拓展應(yīng)用可為上述CNS疾病的干預(yù)提供理論依據(jù)，有廣泛的應(yīng)用前景。
- 詳細(xì)介紹：
- 小膠質(zhì)細(xì)胞約占中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）膠質(zhì)細(xì)胞的20%，作為CNS的吞噬細(xì)胞，其功能不可替代，幾乎所有CNS病變均可激活小膠質(zhì)細(xì)胞，如創(chuàng)傷、炎癥、缺血及CNS退變性疾病，激活的小膠質(zhì)細(xì)胞可吞噬異物、消除衰老病變細(xì)胞及分泌細(xì)胞因子等，促進(jìn)CNS恢復(fù)，同時(shí)也可產(chǎn)生大量超氧陰離子、興奮性氨基酸等神經(jīng)毒性物質(zhì)加重局部病理?yè)p傷。因此平衡小膠質(zhì)細(xì)胞活化所發(fā)揮的生理作用、小膠質(zhì)細(xì)胞過(guò)度活化所產(chǎn)生的病理?yè)p傷及小膠質(zhì)細(xì)胞凋亡三者之間的關(guān)系是非常重要的。 1953年Holton等首次發(fā)現(xiàn)神經(jīng)末梢能釋放ATP，自此ATP作為一種神經(jīng)遞質(zhì)開(kāi)始被人們所認(rèn)識(shí)。1972年英國(guó)科學(xué)家首次提出“嘌呤能神經(jīng)遞質(zhì)”學(xué)說(shuō)，即ATP作為神經(jīng)遞質(zhì)釋放至突觸間隙，與相應(yīng)的受體結(jié)合發(fā)揮作用，并將ATP類受體命名為嘌呤能受體。生理?xiàng)l件下，ATP通過(guò)核苷轉(zhuǎn)運(yùn)形式釋放至突觸間隙，選擇性地作用于突觸后P2嘌呤受體，參與遞質(zhì)調(diào)節(jié)、突觸修飾和神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)等生理功能。幾乎所有CNS急慢性損傷如炎癥、缺血及神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病均可引起局部神經(jīng)元死亡，并釋放出大量ATP，從而過(guò)度激活P2嘌呤受體，導(dǎo)致神經(jīng)元死亡的進(jìn)一步加重及小膠質(zhì)細(xì)胞的過(guò)度活化，進(jìn)而死亡。因此ATP作為CNS損傷的重要信號(hào)之一，在維持小膠質(zhì)細(xì)胞功能方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。細(xì)胞內(nèi)釋放的ATP既可激活小膠質(zhì)細(xì)胞，又可對(duì)其造成毒性損傷，但目前細(xì)胞外ATP濃度與小膠質(zhì)細(xì)胞活化或損傷之間的劑量關(guān)系并不明確，報(bào)道少見(jiàn)，因此本項(xiàng)目以BV-2小膠質(zhì)細(xì)胞為研究對(duì)象，采用MTT法、流式細(xì)胞儀及western blot等方法探討了不同濃度ATP（10μM~5mM）對(duì)小膠質(zhì)細(xì)胞可能產(chǎn)生的影響，并進(jìn)一步證明了可能參與的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑及主要受體亞型，以明確ATP與小膠質(zhì)細(xì)胞作用之間的時(shí)間及劑量關(guān)系，為從ATP水平調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞功能而維持CNS穩(wěn)定奠定基礎(chǔ)。 本項(xiàng)目的研究結(jié)果顯示：MTT法結(jié)果表明，低濃度ATP（10~50μM）對(duì)細(xì)胞存活率無(wú)明顯影響，中高濃度ATP（100μM~5mM)對(duì)小膠質(zhì)細(xì)胞有毒性損傷作用，且呈劑量依賴性。ATP3mM組細(xì)胞存活率為37%，與正常對(duì)照組相比明顯降低，P<0.01。形態(tài)學(xué)和流式細(xì)胞儀結(jié)果顯示，高濃度ATP誘導(dǎo)了BV-2小膠質(zhì)細(xì)胞凋亡，ATP3mM組細(xì)胞凋亡率為22.47%，與正常對(duì)照組相比明顯增加。P2X受體拮抗劑PPADS和P2X7受體拮抗劑BBG均有效阻斷了ATP介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡，其中BBG提高的細(xì)胞存活率占PPADS提高細(xì)胞存活率的77.5%，說(shuō)明在P2X受體家族中，P2X7受體亞型可能在ATP介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡中起主要作用。western blot結(jié)果顯示，ATP介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡與caspase-3激活有關(guān)，ATP3mM刺激小膠質(zhì)細(xì)胞20min后，caspase-3即開(kāi)始表達(dá)，60min表達(dá)達(dá)高峰，呈時(shí)間依賴性。 本項(xiàng)目研究結(jié)果證實(shí)，高濃度ATP與P2X7受體結(jié)合后，通過(guò)caspase-3信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑誘導(dǎo)了BV-2小膠質(zhì)細(xì)胞凋亡，而其P2X7受體拮抗劑BBG明顯阻斷了此作用，產(chǎn)生抗小膠質(zhì)細(xì)胞凋亡和保護(hù)作用。此結(jié)果的進(jìn)一步拓展應(yīng)用可為某些CNS疾病的干預(yù)提供理論依據(jù)，為其治療和預(yù)防提供新的靶點(diǎn)，有廣泛的應(yīng)用前景。
作品專業(yè)信息
撰寫(xiě)目的和基本思路
- 小膠質(zhì)細(xì)胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)（CNS）的免疫活性細(xì)胞，當(dāng)腦組織微環(huán)境發(fā)生變化時(shí)，小膠質(zhì)細(xì)胞迅速做出反應(yīng)，通過(guò)趨化、吞噬及釋放細(xì)胞因子等對(duì)腦組織起重要調(diào)節(jié)作用。近年來(lái)研究發(fā)現(xiàn)，ATP是調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞活動(dòng)的重要信號(hào)分子，腦損傷后釋放大量ATP與其表面ATP受體結(jié)合調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞活動(dòng)。本作品探討不同濃度ATP及受體拮抗劑對(duì)BV-2小膠質(zhì)細(xì)胞系的作用，為通過(guò)調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞而維持CNS內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定提供理論依據(jù)。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 新近研究證明，ATP是CNS損傷的重要信號(hào)之一，小膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)CNS具有保護(hù)和損傷雙重功效。細(xì)胞外ATP既可激活小膠質(zhì)細(xì)胞，又可對(duì)其造成毒性損傷，但目前國(guó)內(nèi)外有關(guān)細(xì)胞外ATP濃度與小膠質(zhì)細(xì)胞活化或損傷之間的關(guān)系及其信號(hào)途徑并不明確，因此本項(xiàng)目旨在探討不同濃度ATP對(duì)小膠質(zhì)細(xì)胞的作用及可能參與的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑及主要受體亞型，為從ATP水平調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞功能而維持CNS穩(wěn)定奠定基礎(chǔ)。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 小膠質(zhì)細(xì)胞作為CNS的吞噬細(xì)胞，其過(guò)度激活或凋亡參與了諸多神經(jīng)系統(tǒng)損傷及變性病如中風(fēng)、癲癇、帕金森氏病、阿爾茨海默病等的發(fā)生和發(fā)展，而其適度活化或抗凋亡可能對(duì)上述疾病具有保護(hù)和治療作用。本作品的研究證明，高濃度ATP可誘導(dǎo)小膠質(zhì)細(xì)胞凋亡，而其P2X7R拮抗劑BBG明顯阻斷了此作用，產(chǎn)生抗小膠質(zhì)細(xì)胞凋亡和保護(hù)作用。此結(jié)果的進(jìn)一步拓展應(yīng)用可為上述CNS疾病的干預(yù)提供理論依據(jù)，有廣泛的應(yīng)用前景。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 目的：探討不同濃度ATP及其受體拮抗劑對(duì)BV-2小膠質(zhì)細(xì)胞系的影響。方法：給予體外培養(yǎng)BV-2小膠質(zhì)細(xì)胞不同濃度ATP及其受體拮抗劑，分別采用倒置相差顯微鏡、MTT、流式細(xì)胞儀及western blot方法檢測(cè)細(xì)胞形態(tài)學(xué)改變、細(xì)胞存活率、凋亡率及細(xì)胞內(nèi)caspase-3表達(dá)情況。結(jié)果：低濃度ATP對(duì)細(xì)胞存活率無(wú)明顯影響，高濃度ATP對(duì)小膠質(zhì)細(xì)胞有毒性損傷作用，且呈劑量依賴性。ATP3mM組細(xì)胞存活率為37%，與正常對(duì)照組相比明顯降低，P<0.001。形態(tài)學(xué)和流式細(xì)胞儀結(jié)果顯示高濃度ATP誘導(dǎo)了BV-2小膠質(zhì)細(xì)胞凋亡，ATP3mM組細(xì)胞凋亡率為22.47%，與正常對(duì)照組相比明顯增加。ATP受體拮抗劑BBG和PPADS有效阻斷了ATP介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。ATP介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡與caspase-3激活有關(guān)，ATP3mM刺激小膠質(zhì)細(xì)胞20min后，caspase-3即開(kāi)始表達(dá)，60min表達(dá)達(dá)高峰，呈時(shí)間依賴性。結(jié)論：細(xì)胞外高濃度ATP通過(guò)caspase-3信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑誘導(dǎo)了BV-2小膠質(zhì)細(xì)胞凋亡，ATP受體拮抗劑有效阻斷了ATP介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。
獲獎(jiǎng)情況
- 校第五屆大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品大賽 二等獎(jiǎng)
鑒定結(jié)果
- 無(wú)
參考文獻(xiàn)
- [1]P2X7 receptors in the nervous system. Prog Neurobiol,2006,78:327-46 [2]Purinergic systems in microglia. Cell Mol Life Sci,2008,65:3074-80 [3]The P2X7 purinergic receptor: from physiology to neurological disorders. FASEB J,2009,24:337-45 [4]Microglia and neuroprotection: from in vitro studies to therapeutic applications. Prog Neurobiol,2010,92:293-315
同類課題研究水平概述
- 小膠質(zhì)細(xì)胞約占CNS膠質(zhì)細(xì)胞的20%，作為CNS的吞噬細(xì)胞，其功能不可替代，幾乎所有CNS病變均可激活小膠質(zhì)細(xì)胞，如創(chuàng)傷、炎癥、缺血及CNS退變性疾病，激活的小膠質(zhì)細(xì)胞可吞噬異物、消除衰老病變細(xì)胞及分泌細(xì)胞因子等，促進(jìn)CNS恢復(fù)，同時(shí)也可產(chǎn)生大量超氧陰離子、興奮性氨基酸等神經(jīng)毒性物質(zhì)加重局部病理?yè)p傷。因此平衡小膠質(zhì)細(xì)胞活化所發(fā)揮的生理作用、小膠質(zhì)細(xì)胞過(guò)度活化所產(chǎn)生的病理?yè)p傷及小膠質(zhì)細(xì)胞凋亡三者之間的關(guān)系是非常重要的。 ATP作為CNS神經(jīng)遞質(zhì)自1953年開(kāi)始被人們所認(rèn)識(shí)，生理?xiàng)l件下，ATP釋放至突觸間隙，與ATP受體結(jié)合后，發(fā)揮突觸修飾和神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)等功能，腦損傷后，受損細(xì)胞釋放出大量ATP，過(guò)度激活A(yù)TP受體，導(dǎo)致神經(jīng)元死亡及小膠質(zhì)細(xì)胞過(guò)度活化。因此ATP作為CNS損傷的重要信號(hào)之一，近年來(lái)備受關(guān)注。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證明，大鼠玻璃體內(nèi)注入ATP誘導(dǎo)了視網(wǎng)膜光感受器細(xì)胞凋亡；大鼠腦內(nèi)注射ATP誘導(dǎo)了紋狀體神經(jīng)元死亡；大鼠體內(nèi)注入P2X7受體拮抗劑BBG改善了創(chuàng)傷性脊髓損傷后的功能恢復(fù)；阿爾茲海默氏病、帕金森氏病、亨頓氏病及腦缺血等動(dòng)物模型中，小膠質(zhì)細(xì)胞表面P2X7受體表達(dá)均上調(diào)。體外實(shí)驗(yàn)證明，ATP抑制原代海馬神經(jīng)元軸突生長(zhǎng)，誘導(dǎo)原代皮層神經(jīng)元凋亡；小劑量ATP刺激原代小膠質(zhì)細(xì)胞導(dǎo)致突起縮回、胞體變圓及P2X7受體表達(dá)增加。但細(xì)胞外ATP濃度與小膠質(zhì)細(xì)胞活化或損傷之間的劑量關(guān)系目前并不明確，因此本作品旨在探討不同濃度ATP（10μM~5mM）對(duì)小膠質(zhì)細(xì)胞可能產(chǎn)生的影響，并進(jìn)一步證明可能參與的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑及主要受體亞型，以明確ATP與小膠質(zhì)細(xì)胞作用之間的時(shí)間及劑量關(guān)系，為從ATP水平調(diào)節(jié)小膠質(zhì)細(xì)胞功能而維持CNS穩(wěn)定奠定基礎(chǔ)，為某些CNS疾病的治療和預(yù)防提供新的靶點(diǎn)。 （具體參考文獻(xiàn)見(jiàn)論文）
