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有氧运动对CUMS抑郁小鼠炎性因子的影响及改善内源性H2S信号通路调控机制研究

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  • 【题名】:有氧运动对CUMS抑郁小鼠炎性因子的影响及改善内源性H2S信号通路调控机制研究
  • 【年度】:2019
  • 【作者】:屈红林
  • 【关键词】:慢性应激性刺激  抑郁症  有氧运动  硫化氢  炎症反应
  • 【摘要】:1研究目的本研究采用慢性应激性刺激方式干预构建慢性不可预见性应激刺激抑郁(Chronic unpredictable mild stress,CUMS)小鼠模型,通过跑台有氧运动作为干预手段,二代基因测序筛选差异表达基因筛与miRNAs,RT-PCR验证基因表达的改变。目的在于探究(1)有氧运动拮抗抑郁小鼠炎症的作用效果;(2)分析探究中等强度有氧运动对抑郁小鼠的抗炎作用与H2S气体信号分子介导的炎症反应的调控关系;(3)外源性H2S可通过抑制TLR4通路对抗心肌细胞的炎症反应已经得到验证,由此,本项目研究针对抑制TLR4后,内源性H2S气体信号参与介导有氧运动抗CUMS抑郁小鼠炎症的作用机制;(4)有氧运动介导H2S气体信号通路改善抑郁症患者神经炎性损伤提供理论依据。2研究方法2.1 CUMS抑郁小鼠造模及其持续系统的规律运动干预效果研究及实验小鼠分组50只SPF级别雄性健康KM小鼠,随机数字法分为空白对照组和建模组,建模组小鼠采取CUMS抑郁造模方法进行造模,造模成功的小鼠采用神经行为学评定结果予以剔除差异较大的小鼠后,随机数字法分为模型组(MG)和模型运动组(ME),15只/组。实验针对ME组小鼠,实施8周中等强度的有氧跑台运动作为干预手段,采用神经行为学评定观察各组小鼠的抑郁样行为改变,Nissl染色法观察小鼠海马神经元病理改变,高通量测序筛查炎症与硫代谢气体信号通路相关细胞因子,ELISA检测血液与海马组织内的炎性相关因子的含量,免疫组化和western blot检测海马组织炎性细胞因子的蛋白表达,RT-PCR检测海马组织炎性细胞因子的mRNA转录水平。2.2 CBS/H2S气体信号体系介导的持续系统的规律运动干预CUMS抑郁小鼠TLR4炎性信号通路的作用机制研究及分组60只SPF级别雄性健康KM小鼠,随机分为空白对照组(CG)、模型组(MG)、模型运动组(ME组)、TLR4抑制剂组(TG)和TLR4抑制剂+运动组(TE),12只/组,运动组小鼠进行中等强度的有氧跑台运动8周,TLR4抑制剂组腹腔注射3mg/kg/day剂量的TAK-242,干预后采用神经行为学评定各组小鼠抑郁样行为,戊巴比妥钠麻醉后自心脏取血,断头冰上取海马组织,-80℃冻存,用于基因测序、H2S含量及RT-PCR等的检测。脑在体4%的多聚甲醛滴注固定处理后冰上取小鼠脑组织,后甲醛固定48h以上,用于包埋检测尼氏染色、HE染色及荧光免疫等。尼氏染色与HE染色观察小鼠海马尼氏体的病理改变、免疫组化检测小鼠海马组织蛋白表达、ELISA检测小鼠血清蛋白含量、去蛋白法测定血浆与海马组织内H2S含量、Western blotting检测海马组织蛋白表达、RT-PCR检测气体信号分子及炎症相关因子的差异表达与miRNAs表达、荧光免疫检测小鼠海马神经功能指标及炎症反应指标的改变。3研究结果3.1 CUMS抑郁小鼠造模各指标结果为期4周的慢性应激性刺激小鼠体重呈显著性下降,穿越旷场的格子数、运动时间、修饰次数明显下降,糖水偏好指数降低,强迫游泳和强迫悬尾的不动时间延长,分别呈显著性(p<0.05)和非常显著性差异(p<0.01);Nissl染色结果显示,模型组小鼠海马CA1区神经元排列稀疏,间隙增宽,神经元丢失,Nissl体核固缩严重,血清与海马组织内的5-HT与BDNF的活性下降明显,BDNF的蛋白表达和mRNA表达呈非常显著性下降(p<0.01),提示CUMS抑郁小鼠造模成功。3.2持续系统的规律运动干预CUMS抑郁小鼠炎症结果3.2.1神经行为学评定结果8周的有氧跑台运动能够增加小鼠体重,增加抑郁小鼠竖立次数、修饰次数和穿越格子数等的探索行为,降低强迫游泳和强迫悬尾的不动时间,增加糖水偏好指数,与模型组相比呈现显著性差异。3.2.2各组小鼠海马组织病理改变评定结果Nissl染色结果也显示,运动组小鼠海马神经元病变减轻,神经细胞数目增多,尼氏体染色较清晰。3.2.3高通量测序筛选各组小鼠炎症相关因子的测定结果运动干预CUMS抑郁小鼠血液与海马组织差异表达基因的筛选结果显示,血液组织的相关差异表达基因也主要涉及长期抑郁病理改变、氧化磷酸化过程、Toll样受体信号通路、NF-κB信号通路、TRP通道的炎症介质调节、TGF-β信号通路等最为集中,海马组织主要富集到抑郁症的发病机制、氧化磷酸化、阿尔茨海默病、Toll样受体信号通路、NF-кB信号通路、PPAR信号通路、硫代谢、胆碱能突触,以及cAMP、雌激素等炎性信号通路等,且各通路相关基因差异表达显著。而血液与海马组织GO分析与KEGG显著富集的结果对比显示,主要集中于神经元退行性病变、炎症等相关。3.2.4 ELISA检测各组小鼠血液与海马组织各指标结果ELISA检测结果显示,促炎因子IL-1β、TNF-α比模型组显著减低,抑炎因子IL-10显著升高。3.2.5免疫组织化学法测定各组小鼠海马组织炎性细胞因子测定结果免疫组化检测结果显示ME组小鼠海马组织IL-1β(p<0.01)、NF-kB(p<0.01)和TNF-a(p<0.05)等促炎因子的阳性表达区域显著降低,抑炎因子IL-10的蛋白阳性表达区域显著增多(p<0.01)。3.2.6 RT-PCR检测小鼠血液与海马组织基因表达结果RT-PCR检测的结果TLR4、IL-1β、NF-кB、TNF-α等mRNA炎症相关的因子表达下调,5-HT mRNA表达上调。3.2.7 Western blot检测海马组织炎性因子蛋白表达水平Western blot的检测结果也显示运动组小鼠海马炎性细胞因子的蛋白表达下降。3.3 CBS/H2S介导的持续系统的规律运动干预CUMS抑郁小鼠TLR4信号分子的作用机制研究3.3.1小鼠神经行为学评定与海马神经细胞形态学改变TLR4被部分抑制后,抑郁小鼠的神经行为学评分得到一定程度的改善,形态学检测显示也呈现一定程度的修复,且效果与有氧运动干预的效果相接近。有氧运动与TLR4被抑制后,小鼠海马内5-HT的阳性率比模型组提高,炎性因子CD45+与PARP等的阳性率得以改善,且有氧运动联合TLR4抑制剂的干预效果最佳。3.3.2小鼠血清与海马组织H2S含量检测结果抑郁模型组小鼠血浆与海马组织内的H2S含量比正常组显著降低,TLR4抑制剂组小鼠血浆与海马组织内的H2S含量变化不明显;但有氧运动能提高H2S含量,且联合干预组含量最高。3.3.3小鼠血液与海马组织相关因子的差异表达结果3.3.3.1气体信号相关因子的差异表达结果各组小鼠血液与海马组织中H2S气体信号分子相关基因的差异表达结果显示,模型组小鼠血液CSE mRNA的表达水平下调(p<0.01),海马组织CBS mRNA的表达水平也下调(p<0.01),但有氧运动能增加血液CSE、海马CBS等的活性,同样的研究也发现,部分抑制TLR4联合有氧运动干预后,血液CSE、海马CBS mRNA的表达也上调。3.3.3.2炎症相关因子的差异表达结果各组小鼠炎性因子差异表达的检测结果显示,有氧运动干预组与TLR4被抑制组小鼠的促炎因子IL-1β、IL-6、TLR4、NF-кB与TNF-α等mRNA的表达下调,抑炎因子IL-10 mRNA表达上调,均呈显著性差异。3.3.4小鼠血液与海马组织相关因子的miRNAs调控表达结果TLR4被抑制后与气体信号分子相关的miRNAs以及与炎症相关的miRNAs的差异表达呈现显著性上调或下调,如miR-21、miR-195显著上调,而miR-30、miR-455与miR-665显著下调,分析其功能,如miR-21可作为H2S气体信号分子的靶标作用,一方面受TAK-242的影响,另一方面其还参与了多重信号通道的调控,比如IL-6信号转导与转路基激活的表达等的炎性通道的调控、miR-665参与了海岸神经元的保护与抑制凋亡的调控,miR-30可参与靶标基因的炎症反应过程,miR-195可通过抑制NF-кB的核转运过程,参与其炎症反应,而miR-455不但可以参与内质网应激反应介导的细胞凋亡,还受H2S等气体信号分子的干预。4研究结论4.1为期4周的慢性不可预见性应激刺激可有效复制小鼠抑郁样行为,降低血清与海马组织5-HT与BDNF含量,验证了抑郁造模的有效性。4.2有氧运动能够显著改善抑郁小鼠的抑郁样行为,促进海马神经元的修复,降低促炎因子的含量及蛋白、mRNA等的表达量,证实了有氧运动起到良好的抗抑郁炎症的作用。4.3有氧运动介导的CUMS抑郁小鼠血液与海马组织高通量测序及其关联富集分析结果显示,与炎症相关的TLR4、IL-1β、TNF-ɑ以及H2S气体信号通路相关的CSE、CBS等细胞因子的表达显著相关,靶向调控炎症与H2S气体信号通路细胞因子的miR-21、miR-30、miR-455等miRNAs亦显著富集。4.4有氧运动和TLR4抑制剂的作用均能在一定程度上降低抑郁小鼠血液与海马组织炎症反应,虽然TLR4抑制剂不能显著增加H2S含量及其合成酶的差异表达,但对炎症因子的表达具有显著性影响,提示H2S可参与介导有氧运动干预抑郁炎症信号通路TLR4/MyD88-NF-кB的调控作用,但TLR4对H2S的含量及其相关生物合成酶的影响作用不大。4.5持续系统的规律运动通过miR-455调控CBS、CSE等H2S气体信号体系相关因子的差异表达以及miR-21、miR-30、miR-665等的差异表达调控TLR4/MyD88-NF-кB炎症信号通路,发挥拮抗抑郁炎症的作用。4.6 TLR4与H2S气体信号等相关因子的差异表达,共同参与运动干预抑郁小鼠炎症反应的分子机制,即有氧运动诱导的内源性H2S能够有效降低CUMS抑郁小鼠血液与海马组织炎症反应,揭示其作用机制在于H2S气体信号分子参与有氧运动干预TLR4/MyD88-NF-кB的炎症信号通路。
  • 【分类号】:R749.4
  • 【学位名称】:博士
  • 【导师名称】:陈嘉勤
  • 【学位授予单位】:湖南师范大学
  • 【学位年度】:2019
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