基本信息
- 項目名稱：
- ATP誘導小膠質細胞凋亡研究
- 小類：
- 生命科學
- 大類：
- 自然科學類學術論文
- 簡介：
- 小膠質細胞作為CNS的吞噬細胞，其過度激活或凋亡參與了諸多神經系統(tǒng)損傷及變性病如中風、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上述疾病具有保護和治療作用。本項目證明，高濃度ATP可誘導BV-2小膠質細胞凋亡，而其P2X7R拮抗劑BBG明顯阻斷了此作用，產生抗小膠質細胞凋亡和保護作用。此結果的進一步拓展應用可為上述CNS疾病的干預提供理論依據，有廣泛的應用前景。
- 詳細介紹：
- 小膠質細胞約占中樞神經系統(tǒng)（CNS）膠質細胞的20%，作為CNS的吞噬細胞，其功能不可替代，幾乎所有CNS病變均可激活小膠質細胞，如創(chuàng)傷、炎癥、缺血及CNS退變性疾病，激活的小膠質細胞可吞噬異物、消除衰老病變細胞及分泌細胞因子等，促進CNS恢復，同時也可產生大量超氧陰離子、興奮性氨基酸等神經毒性物質加重局部病理損傷。因此平衡小膠質細胞活化所發(fā)揮的生理作用、小膠質細胞過度活化所產生的病理損傷及小膠質細胞凋亡三者之間的關系是非常重要的。 1953年Holton等首次發(fā)現神經末梢能釋放ATP，自此ATP作為一種神經遞質開始被人們所認識。1972年英國科學家首次提出“嘌呤能神經遞質”學說，即ATP作為神經遞質釋放至突觸間隙，與相應的受體結合發(fā)揮作用，并將ATP類受體命名為嘌呤能受體。生理條件下，ATP通過核苷轉運形式釋放至突觸間隙，選擇性地作用于突觸后P2嘌呤受體，參與遞質調節(jié)、突觸修飾和神經營養(yǎng)等生理功能。幾乎所有CNS急慢性損傷如炎癥、缺血及神經系統(tǒng)變性疾病均可引起局部神經元死亡，并釋放出大量ATP，從而過度激活P2嘌呤受體，導致神經元死亡的進一步加重及小膠質細胞的過度活化，進而死亡。因此ATP作為CNS損傷的重要信號之一，在維持小膠質細胞功能方面發(fā)揮關鍵作用。細胞內釋放的ATP既可激活小膠質細胞，又可對其造成毒性損傷，但目前細胞外ATP濃度與小膠質細胞活化或損傷之間的劑量關系并不明確，報道少見，因此本項目以BV-2小膠質細胞為研究對象，采用MTT法、流式細胞儀及western blot等方法探討了不同濃度ATP（10μM~5mM）對小膠質細胞可能產生的影響，并進一步證明了可能參與的信號轉導途徑及主要受體亞型，以明確ATP與小膠質細胞作用之間的時間及劑量關系，為從ATP水平調節(jié)小膠質細胞功能而維持CNS穩(wěn)定奠定基礎。 本項目的研究結果顯示：MTT法結果表明，低濃度ATP（10~50μM）對細胞存活率無明顯影響，中高濃度ATP（100μM~5mM)對小膠質細胞有毒性損傷作用，且呈劑量依賴性。ATP3mM組細胞存活率為37%，與正常對照組相比明顯降低，P<0.01。形態(tài)學和流式細胞儀結果顯示，高濃度ATP誘導了BV-2小膠質細胞凋亡，ATP3mM組細胞凋亡率為22.47%，與正常對照組相比明顯增加。P2X受體拮抗劑PPADS和P2X7受體拮抗劑BBG均有效阻斷了ATP介導的細胞凋亡，其中BBG提高的細胞存活率占PPADS提高細胞存活率的77.5%，說明在P2X受體家族中，P2X7受體亞型可能在ATP介導的細胞凋亡中起主要作用。western blot結果顯示，ATP介導的細胞凋亡與caspase-3激活有關，ATP3mM刺激小膠質細胞20min后，caspase-3即開始表達，60min表達達高峰，呈時間依賴性。 本項目研究結果證實，高濃度ATP與P2X7受體結合后，通過caspase-3信號轉導途徑誘導了BV-2小膠質細胞凋亡，而其P2X7受體拮抗劑BBG明顯阻斷了此作用，產生抗小膠質細胞凋亡和保護作用。此結果的進一步拓展應用可為某些CNS疾病的干預提供理論依據，為其治療和預防提供新的靶點，有廣泛的應用前景。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 小膠質細胞是中樞神經系統(tǒng)（CNS）的免疫活性細胞，當腦組織微環(huán)境發(fā)生變化時，小膠質細胞迅速做出反應，通過趨化、吞噬及釋放細胞因子等對腦組織起重要調節(jié)作用。近年來研究發(fā)現，ATP是調節(jié)小膠質細胞活動的重要信號分子，腦損傷后釋放大量ATP與其表面ATP受體結合調節(jié)小膠質細胞活動。本作品探討不同濃度ATP及受體拮抗劑對BV-2小膠質細胞系的作用，為通過調節(jié)小膠質細胞而維持CNS內環(huán)境穩(wěn)定提供理論依據。
科學性、先進性及獨特之處
- 新近研究證明，ATP是CNS損傷的重要信號之一，小膠質細胞對CNS具有保護和損傷雙重功效。細胞外ATP既可激活小膠質細胞，又可對其造成毒性損傷，但目前國內外有關細胞外ATP濃度與小膠質細胞活化或損傷之間的關系及其信號途徑并不明確，因此本項目旨在探討不同濃度ATP對小膠質細胞的作用及可能參與的信號轉導途徑及主要受體亞型，為從ATP水平調節(jié)小膠質細胞功能而維持CNS穩(wěn)定奠定基礎。
應用價值和現實意義
- 小膠質細胞作為CNS的吞噬細胞，其過度激活或凋亡參與了諸多神經系統(tǒng)損傷及變性病如中風、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上述疾病具有保護和治療作用。本作品的研究證明，高濃度ATP可誘導小膠質細胞凋亡，而其P2X7R拮抗劑BBG明顯阻斷了此作用，產生抗小膠質細胞凋亡和保護作用。此結果的進一步拓展應用可為上述CNS疾病的干預提供理論依據，有廣泛的應用前景。
學術論文摘要
- 目的：探討不同濃度ATP及其受體拮抗劑對BV-2小膠質細胞系的影響。方法：給予體外培養(yǎng)BV-2小膠質細胞不同濃度ATP及其受體拮抗劑，分別采用倒置相差顯微鏡、MTT、流式細胞儀及western blot方法檢測細胞形態(tài)學改變、細胞存活率、凋亡率及細胞內caspase-3表達情況。結果：低濃度ATP對細胞存活率無明顯影響，高濃度ATP對小膠質細胞有毒性損傷作用，且呈劑量依賴性。ATP3mM組細胞存活率為37%，與正常對照組相比明顯降低，P<0.001。形態(tài)學和流式細胞儀結果顯示高濃度ATP誘導了BV-2小膠質細胞凋亡，ATP3mM組細胞凋亡率為22.47%，與正常對照組相比明顯增加。ATP受體拮抗劑BBG和PPADS有效阻斷了ATP介導的細胞凋亡。ATP介導的細胞凋亡與caspase-3激活有關，ATP3mM刺激小膠質細胞20min后，caspase-3即開始表達，60min表達達高峰，呈時間依賴性。結論：細胞外高濃度ATP通過caspase-3信號轉導途徑誘導了BV-2小膠質細胞凋亡，ATP受體拮抗劑有效阻斷了ATP介導的細胞凋亡。
獲獎情況
- 校第五屆大學生課外學術科技作品大賽 二等獎
鑒定結果
- 無
參考文獻
- [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
- 小膠質細胞約占CNS膠質細胞的20%，作為CNS的吞噬細胞，其功能不可替代，幾乎所有CNS病變均可激活小膠質細胞，如創(chuàng)傷、炎癥、缺血及CNS退變性疾病，激活的小膠質細胞可吞噬異物、消除衰老病變細胞及分泌細胞因子等，促進CNS恢復，同時也可產生大量超氧陰離子、興奮性氨基酸等神經毒性物質加重局部病理損傷。因此平衡小膠質細胞活化所發(fā)揮的生理作用、小膠質細胞過度活化所產生的病理損傷及小膠質細胞凋亡三者之間的關系是非常重要的。 ATP作為CNS神經遞質自1953年開始被人們所認識，生理條件下，ATP釋放至突觸間隙，與ATP受體結合后，發(fā)揮突觸修飾和神經營養(yǎng)等功能，腦損傷后，受損細胞釋放出大量ATP，過度激活ATP受體，導致神經元死亡及小膠質細胞過度活化。因此ATP作為CNS損傷的重要信號之一，近年來備受關注。動物實驗證明，大鼠玻璃體內注入ATP誘導了視網膜光感受器細胞凋亡；大鼠腦內注射ATP誘導了紋狀體神經元死亡；大鼠體內注入P2X7受體拮抗劑BBG改善了創(chuàng)傷性脊髓損傷后的功能恢復；阿爾茲海默氏病、帕金森氏病、亨頓氏病及腦缺血等動物模型中，小膠質細胞表面P2X7受體表達均上調。體外實驗證明，ATP抑制原代海馬神經元軸突生長，誘導原代皮層神經元凋亡；小劑量ATP刺激原代小膠質細胞導致突起縮回、胞體變圓及P2X7受體表達增加。但細胞外ATP濃度與小膠質細胞活化或損傷之間的劑量關系目前并不明確，因此本作品旨在探討不同濃度ATP（10μM~5mM）對小膠質細胞可能產生的影響，并進一步證明可能參與的信號轉導途徑及主要受體亞型，以明確ATP與小膠質細胞作用之間的時間及劑量關系，為從ATP水平調節(jié)小膠質細胞功能而維持CNS穩(wěn)定奠定基礎，為某些CNS疾病的治療和預防提供新的靶點。 （具體參考文獻見論文）
