认知保护机制的藏红花素预处理大鼠急性高海拔缺氧暴露

文摘

在高海拔的地方氧气不足可用性导致氧化应激,导致海马神经细胞退化和记忆障碍。在我们之前的研究中,我们发现,认知功能障碍发生在雄性SD大鼠迅速暴露在4200米高空的3天。我们还发现,藏红花素显示认知保护作用下缺氧通过调节SIRT1 / PGC-1α通路在老鼠的海马。在本文中,专注于SIRT1 / PGC-1有关的因素α途径,我们提出了进一步阐明藏红花素的药理机制。成年男性Sprague-Dawley老鼠被随机分为五组:对照组、缺氧组(老鼠迅速运送到高海拔4200米的72 h),和藏红花素+缺氧组(预处理藏红花素的25、50、100毫克/公斤/天为3天)。学习和记忆能力被莫里斯水迷宫测试分析。海马组织病理学变化观察到他染色和尼氏小染色。bcl - 2的表达NRF1、TFAM,伯灵顿,caspase-3通过免疫组织化学方法检测,rt - pcr和免疫印迹试验。内容的丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽(GSH),谷胱甘肽过氧化物酶和(GSHPx)检测到稍后通知,WST,比色法方法。神经细胞凋亡被TUNEL染色观察。藏红花素预处理后,旅行距离的比例明显减少,时间在目标象限被莫里斯水迷宫显著增加测试。和海马神经元的损伤也显著改善基于他染色和尼氏小染色。此外,在海马组织,线粒体biosynthesis-related NRF1因素,TFAM表达增加; oxidative stress factors of SOD, GSH, and GSHPx expression level were increased, and MDA and glutathione disulfide (GSSG) level were decreased; antiapoptotic protein Bcl-2 expression was increased, and proapoptotic proteins Bax and caspase-3 expression were decreased, with a manner of crocin dose dependent. Therefore, the cognitive protective mechanism of crocin in rat under acute hypoxia was related to promoting mitochondrial biosynthesis, ameliorating oxidative stress injury, and decreasing neuronal apoptosis.

1。介绍

在高海拔地区,大气压力下降,氧含量低,导致减少氧气的分压氧运输每一点级联从环境空气细胞线粒体。急性高海拔缺氧影响血液流动及其顺向分布器官和O的效率₂的利用率。和大脑对缺氧最敏感的器官损害由于其高能源需求,很容易缺氧,可能导致头痛、头晕、视力模糊、耳鸣、空间学习和记忆障碍,甚至病变(1- - - - - -3]。此外,高海拔缺氧影响严重的结构完整性主要在海马神经元,导致减少hippocampus-dependent学习和记忆功能(4,5]。海马损伤的病理特性引起的急性低比重的缺氧线粒体功能障碍,包括形态学变化,upregulation与细胞凋亡相关的基因(6]。此外,缺氧也诱发自由基生成和抗氧化保护之间的不平衡,导致生物分子的氧化损伤(7,8]。因此,它是至关重要的,提供防护措施对因急性缺氧脑损伤。中枢神经系统损伤的治疗或改善由于急性高空缺氧最近吸引了越来越多的关注领域的高海拔医学(9,10]。SIRT1(沉默信息调节因子1)PGC-1脱乙酰作用α(过氧物酶体proliferator-activated受体γcoactivator-1α)已经广泛涉及线粒体生物起源、氧化应激、细胞凋亡(11,12]。研究表明,移植SIRT1的表达式和PGC-1α水平可以维持线粒体功能和减弱氧化应激损伤(13)通过增加NRF1(核呼吸因子1)和TFAM(线粒体转录因子)蛋白表达,提高SOD活动和抑制ROS、MDA的内容(14]。

目前药物用于预防急性高原反应包括乙酰唑胺、地塞米松,montelukast,阿司匹林,但这些药物有不同程度的副作用,包括感觉异常、消化道出血,骨质疏松,增加感染的风险(15]。植物是优良的生物活性化合物的来源在历史上在寻找新药。藏红花素、水溶性类胡萝卜素被认为是藏红花的质量标志的质量控制,已广泛用于治疗脑和心血管疾病在藏族传统医学(中国药典委员会,2015年,图1)。藏红花素显示antiapoptosis的影响,抗氧化作用,神经保护,抑制线粒体功能障碍(16- - - - - -18]。我们之前的研究发现,藏红花素预处理改善学习和记忆在大鼠急性高海拔缺氧,而且可能上调SIRT1和PGC-1水平α在海马体19]。但进一步认知保护机制知之甚少。

在本文中,我们专注于关键因素受SIRT1 / PGC-1α线粒体生物合成途径,主要关心(NRF1和TFAM),氧化应激(GSHPx SOD,谷胱甘肽,GSSG, MDA),和细胞凋亡(伯灵顿,bcl - 2,和caspase-3),进一步说明了下属的脑保护机制藏红花素在急性缺氧暴露。

2。材料和方法

2.1。药品和试剂

藏红花素从Sigma-Aldrich购买(纯度98%以上;Sigma-Aldrich、日本;目录# BCBV9507)(图1)和溶解在生理盐水。Hematoxylin-eosin(目录# ar1180 - 100),兔子anti-TFAM(抗体目录# PB0413)和BCA蛋白质分析工具包(目录# AR1189)购买从博士德生物技术(武汉,中国)。试剂盒试剂(目录# 15596 - 026年)从英杰公司购买;尼氏小的解决方案(目录# C0117)从Beyotime购买生物技术(中国,北京)。兔子anti-NRF1(抗体目录# ab175932),兔子anti-Bcl-2(抗体目录# ab194583),兔子anti-Bax(抗体目录# ab53154),兔子anti-caspase-3(抗体目录# ab4051)和兔anti-GAPDH(抗体目录# ab9485)抗体是从Abcam提供生物技术(美国Cambridge, MA)。山羊anti-rabbit IgG-HRP(目录# BA1056)买来博士德生物技术(武汉,中国)。SOD(目录# A001-3-2)、谷胱甘肽(目录# A006-2-1), GSHPx(目录# A005-1-2), MDA(目录# A003-1-2), GSSG(目录# A061-1-1)商业套件从建成生物技术(中国南京)。豆类PrimeScript RT试剂盒和豆类结核病绿色™预混料交货Taq™(RNaseH + Tli)装备从豆类获得生物技术有限公司有限公司(RR820A,大连,中国)。

2.2。动物

成年雄性SD大鼠(210 - 230 g)的特定病原体免费(SPF)获得西安交通大学实验动物中心的证书号码(许可证号。SCXK 2017 - 003)。所有实验协议是青海大学动物实验伦理委员会的批准,和适当的努力以减少实验动物的痛苦和疼痛。

动物模型实验是基于我们之前的研究方法(19]。简单地说,老鼠被随机分配到五个实验小组( ,每组):对照组(Ctr,生理盐水),急性高空缺氧组(啊,生理盐水),低剂量的crocin-pretreated缺氧组(LHG 25毫克/公斤/天),中等剂量的crocin-pretreated缺氧组(MHG, 50毫克/公斤/天),和高剂量的crocin-pretreated缺氧组(作用,100毫克/公斤/天)。藏红花素(1毫升生理盐水溶解)急性缺氧暴露前接种3天了肌内药物每天一次。老鼠在对照组治疗相应体积的生理盐水。老鼠在一个环境可控的房间 ,与免费的食物和水。大鼠急性高海拔缺氧组和crocin-pretreated缺氧组急性低氧暴露在环境海拔4200米3天(青海省Gande县,中国),那里的空气密度是0.802公斤/米³海平面,大约62%的空气密度。与空气作为氧变化成正比,空气中的氧含量也在海平面的62% (19]。

2.3。莫里斯水迷宫测试和生理指标(微波加工)

老鼠受到日常会话的四个训练试验每隔30分钟连续5天(20.]大约在同一时间诱导急性高空缺氧。迷宫中由一个圆形黑色金属油罐直径160厘米的透明圆形平台放置2厘米低于水面和固定在四个象限中的其中一个培训。试验停止后老鼠达到平台。如果老鼠无法到达平台在60年代,他们放置在平台10 s,然后从池中删除。摄像机与计算机直接上方的微波加工与成像分析系统(药物学研究所、中国医学科学院、中国)是用来记录时间的百分比在目标象限,游泳和旅行距离的路径。

缺氧暴露3天后,老鼠体重和身体重量被记录了下来。同一组大鼠与氨基甲酸乙酯麻醉(1.0 g / kg),牺牲行为后微波加工测试。(0.5毫升)的血液标本从腹主动脉和用于血细胞分析使用血细胞计数器(bc - 5000兽医,迈瑞公司,广州,中国)。红细胞(RBC)、血小板(PLT)、白细胞(WBC)测量。

一分每组6大鼠的海马在4%多聚甲醛溶液固定,而另一部分是固定在3%戊二醛进一步组织病理学评估和免疫组织化学测试,分别。剩下的大鼠的海马体是瞬间冷冻在液氮和存储为西方墨点法−80°C,存在,抗氧化指数分析。

2.4。他走时染色

大脑组织在4%多聚甲醛前缀,随后在运行自来水洗了24小时,然后进行常规脱水,石蜡包埋。大脑组织切成3μ由徕卡m厚串行部分切片机(德国徕卡)。大脑部分被deparaffinized在二甲苯,患者通过分级醇、和沾染了),根据标准协议。光学显微镜下观察病理变化(徕卡、海德堡、德国)。

2.5。尼氏小染色

大脑部分被脱蜡,然后放置在去离子水为1分钟,转移到尼氏小解决方案在37°C 5分钟达到一个最佳的染色,并迅速在去离子水清洗。接下来,幻灯片是在70%乙醇浸泡5秒两次,使用中性胶安装在滑动;部分由徕卡显微镜拍摄。Image-Pro + 6.0软件(美国马里兰州媒体控制论Inc .)被用来分析图像并计算IOD值。的 。

2.6。稍后通知,WST和比色法方法

液态氮冷冻完成海马组织是放在冰和均质。匀浆低温离心机在13000 g,持续15分钟。上层清液收集和蛋白质量化,海马SOD是由水溶性tetrazolium-1 (WST-1), MDA是由硫代巴比土酸(稍后通知)比色法,GSHPx活动是基于消费的减少谷胱甘肽,谷胱甘肽/ GSSG内容被dithio-bis-nitrobenzoic酸(DTNB)(南京建成生物工程研究所有限公司,有限公司,中国)。

2.7。免疫组织化学染色

整个海马体被切断的厚度约3μm。部分与乙醇deparaffinized二甲苯和水化。一夜之间,部分被孵化在4°C以下主要抗体:兔子anti-rat, NRF1 (1: 50), TFAM (1: 50)、bcl - 2(1: 200),伯灵顿(1:200),和caspase-3(0.002毫克/毫升)。的部分在PBS冲洗3次5分钟,孵化与适当的生物素化的二次抗体后跟一个avidin-biotin辣根过氧化物酶复合物(武汉博士德生物技术,中国),与diaminobenzidine (DAB)作为衬底。所有孵化项目进行调湿室。负控制部分从每个动物受到相同的染色过程中,除了主要或次要抗体被省略了。部分由徕卡显微镜拍摄;三个随机和不重叠的正面彩色微观领域在400 x放大检查每个部分的海马CA1区。真彩色图像分析Image-Pro + 6.0软件(美国马里兰州媒体控制论Inc .)应用于确定积分光密度(IOD)值的蛋白质( )。

2.8。西方墨点法

总蛋白质被隔绝冰冻的海马。海马体在电台均相免疫沉淀试验(里帕)缓冲区(50毫米三(pH值8.0),150毫米氯化钠,0.1%钠十二烷基硫酸盐(SDS), 0.5%钠脱氧胆酸盐,和1% Triton x - 100)混合phenylmethanesulfonyl氟化物(PMSF)然后用冰冷的水。20分钟的匀浆离心机在2000 g在4°C,和蛋白质浓度的上层清液采用BCA法量化。调整蛋白质浓度为2μ克/μ样品制备L,等量的蛋白质(20μ每车道g)加载10% SDS-polyacrylamide凝胶。电泳后,被转移到蛋白质硝化纤维膜和孵化5%脱脂牛奶在室温下2 h。一夜之间,膜被孵化在4°C以下主要抗体:兔子anti-rat NRF1(1: 1000),兔子anti-rat TFAM(1: 1000),兔子anti-rat bcl - 2(1: 2000),兔子anti-rat伯灵顿(1:2000),兔子anti-rat caspase-3(1: 500),和兔子anti-ratβ肌动蛋白(1:2500)作为加载控制。膜与PBS洗3次,每次5分钟,暴露于辣根peroxidase-conjugated山羊anti-rabbit二级抗体(1:5000)在室温下1 h。膜被开发使用增强化学发光(ECL,圣克鲁斯生物技术有限公司),其次是放射自显影法。电影进行扫描,光密度是决定使用TANON GIS分析系统。

2.9。实时定量PCR(存在)

总RNA孤立使用试剂盒试剂从冰冻的海马。互补脱氧核糖核酸是获得使用豆类PrimeScript RT试剂盒根据制造商的协议。bcl - 2 mRNA的NRF1 TFAM、伯灵顿,和caspase-3由豆类结核病绿色™预混料交货Taq™(RNaseH + Tli)工具包(RR820A)根据制造商的指示与ABI7500Real-Time PCR系统(Bio-Rad、钙、美国)。PCR反应体系是25μL (SYBR预混料交货Taq II (Tli RNaseH +, 2 x) 12.5μF (10 L,底漆μ米)1μL,底漆R (10μ米)1μL, cDNA 2μL, dH₂O 8.5μL)。PCR条件如下:95°C 30秒40 95°C的周期为5秒,60°C 34秒,随后融化曲线分析(95°C 15秒,60°C 1分钟,然后95°C 30秒和60°C 15秒)。正向和反向引物的序列,从豆类购买生物技术,本研究归纳在表格中使用1。基因表达是规范化β由2 -肌动蛋白和计算ΔΔct方法。引物与近似等于放大效率。

2.10。TUNEL分析

大脑部分通过分级醇deparaffinized在二甲苯和水化。部分是水分和水解蛋白酶K工作10分钟的解决方案。后与PBS洗3次,部分接受20%正常牛血清和孵化了30分钟。然后,部分是TdT缓冲处理5分钟,在潮湿的孵化室1 h添加50之后μL一滴一滴地负反应的解决方案。然后,部分保暖在prewarmed洗涤缓冲37°C为30分钟。与PBS洗3次,后部分是接受民建联和孵化的37°C 5分钟。TUNEL-positive细胞被染色的褐黄色颜色和光学显微镜下观察(×400放大)。三个不重叠的字段被随机选择和拍摄记录的总数TUNEL-positive细胞。TUNEL-positive细胞(%)计算如下: 。

2.11。统计分析

使用SPSS17.0软件进行统计分析。结果报告为 。变量组间的意义被单向方差分析计算,其次是Student-Newman-Keuls测试和Dunnett的多重比较检验。一个< 0.05被认为是具有统计学意义的价值。

3所示。结果

3.1。动物模型

我们首先进行了莫里斯水迷宫(微波加工)测试评估不同组的大鼠的认知能力(图2)。急性高海拔缺氧组(啊),旅行的距离在微波加工测试是显著增加;在目标象限的时间百分比明显下降( ,与对照组,图2)。急性低氧诱导的大鼠模型成功建立了认知障碍。

3.2。动物的特征

没有明显差异的体重每组( ,表2)。血常规检查显示白细胞显著增加啊组相比,Ctr集团( ,表2)。高次谐波组明显下降MHG和白细胞,增加与啊集团(PLT相比 ,表2)。但是,加拿大皇家银行和PLT每组没有显著差异( ,表2)。

3.3。藏红花素预处理改善急性高空缺氧大鼠空间记忆

我们发现一个重要的百分比增加目标象限的时间和减少旅行距离集团用藏红花素预处理相比啊集团( ,数据2(一个)- - - - - -2 (c))。我们的研究结果表明,藏红花素预处理改善学习和记忆性能在急性高海拔缺氧大鼠在剂量依赖性的方式。

3.4。藏红花素预处理对急性高空缺氧大鼠的海马组织病理变化

对照组海马神经元的显示有序安排,正常的结构,清晰的核,和明显的核仁。海马CA1区神经元显示一个独特的和有规律的结构和人口和清楚地安排在对照组(图3(一个))。然而,海马CA1区神经元的结构啊组与对照组相比,遭到严重破坏。啊组的细胞数量减少,细胞的排列是混乱的,和神经元减少,核固缩,嗜酸性胞浆。藏红花素预处理的剂量减轻海马神经元的病理损害。

神经元出现在一个密集的安排,和尼氏小体是海马的CA1地区丰富的对照组(数字3 (b)和3 (c))。啊组显示数量减少的尼氏小体( )与对照组相比 ),大大降低了IOD值( )。然而,IOD值显著增加藏红花素预处理组的使用浓度相比啊集团( )。预处理的藏红花素显著抑制神经元损失和预防减少海马神经元尼氏小体”。高次谐波组(IOD值 )显著高于在回龙观( )和邮政编码( )组( )。藏红花素预处理明显改善结构损伤海马细胞在大鼠急性高海拔缺氧暴露。

3.5。藏红花素预处理改善线粒体Biosynthesis-Related因素的表达在大鼠海马细胞急性高空缺氧

我们之前的研究表明,在啊,明显的损伤发生,包括显著的细胞损失和karyopyknosis,和减少线粒体肿胀,嵴和支离破碎的双层膜结构。藏红花素预处理相比显著降低伤害啊。在所有crocin-treated组,线粒体的数量显著增加。线粒体损伤,包括肿胀,嵴消失,和膜结构损伤,线粒体结构的改善,暗示保护(19]。在这篇文章中,实时聚合酶链反应和免疫印迹结果表明NRF1和TFAM啊组比对照组明显降低大鼠的海马体( ,数据4(一)- - - - - -4 (c))。在所有crocin-pretreated组,NRF1和TFAM比啊组显著增加( )剂量依赖性的方式。与此同时,我们发现NRF1的表达和TFAM鼠的海马的CA1区免疫组织化学测试。结果表明,TFAM蛋白质在细胞质中表达和NRF1蛋白质在细胞核表达,显示暗棕色阳性染色领域(数字5(一个)和5 (b))。IOD NRF1和TFAM啊组与对照组相比明显减少( )。由藏红花素治疗后,IOD NRF1和TFAM也显著增加而啊集团( )剂量依赖性的方式。

3.6。藏红花素预处理提高了抗氧化能力在急性高海拔缺氧大鼠海马

SOD(图6(一)),GSHPx(图6 (b))、谷胱甘肽(图6 (d))水平明显下降;MDA(图6 (c))和GSSG(图6 (e)啊组)浓度显著增加;谷胱甘肽(GSSG比例也显著降低( ,比对照组)。预处理和藏红花素浓度显著降低MDA和GSSG水平和增加SOD水平,GSHPx,谷胱甘肽,增加谷胱甘肽(GSSG比率在同一时间与啊集团( )。所以,藏红花素预处理显著提高海马在急性高海拔缺氧大鼠的抗氧化能力。

3.7。藏红花素预处理保护海马神经元通过抑制神经细胞凋亡在急性高空缺氧大鼠

我们检查了随后bcl - 2的表达,伯灵顿,caspase-3信使rna和蛋白质水平(数字7(一)- - - - - -7 (c))和bcl - 2(数据7(一)- - - - - -7 (c))蛋白表达在大鼠的海马啊组明显低于对照组( ),而伯灵顿和caspase-3明显高于对照组( ,数据7(一)- - - - - -7 (c))。预处理和藏红花素的浓度显著增加bcl - 2蛋白与啊组相比,虽然藏红花素减少伯灵顿和caspase-3蛋白质表达水平( )剂量依赖性的方式。与此同时,我们发现bcl - 2的表达,伯灵顿,caspase-3在海马CA1区神经元免疫组织化学测试。bcl - 2、Bax和caspase-3(数字8(一个)和8 (b))蛋白质在细胞质中表达,显示暗棕色阳性染色领域。IOD bcl - 2是下降的,IOD伯灵顿和caspase-3显著增加( ,啊组和对照组)。IOD的bcl - 2也显著增加crocin-pretreated组( )的价格相比啊,虽然IOD伯灵顿和caspase-3显著下降( )剂量依赖性的方式。

TUNEL染色的结果所示,TUNEL-positive细胞的数量的海马CA1区啊组与对照组相比显著增加( ,图9(一个))。预处理和藏红花素显著降低阳性细胞的数量(图9 (b))。藏红花素调节bcl - 2的表达,而表达下调caspase-3和伯灵顿的表达方式,存在剂量依赖的相关性,从而抑制有害缺氧对这些蛋白质的影响,表明藏红花素保护海马神经元急性缺氧损伤通过抑制神经元凋亡。

4所示。讨论

在先前的研究中,我们观察到,藏红花素预处理改善认知功能在大鼠急性高海拔缺氧。然而,藏红花素的脑保护的机制仍不清楚。

藏红花的藏红花素是主要的组成部分,具有抗氧化和抗炎作用,和凋亡,抗癌,降血脂药,神经保护,防衰老等广泛的药理作用21]。在高海拔,气压下降并随之减少氧气分压(PO₂),代表一个极端的环境条件(22]。在高海拔缺氧导致失衡的含氧的可用性的组织,造成严重的生理和心理功能障碍在人类和其他动物。急性缺氧严重损害人类的认知和学习(23]。藏红花素减轻malathion-induced神经变化和认知障碍通过减少氧化应激和炎症反应24]。此外,藏红花素提高认知能力,降低高血糖和氧化应激在糖尿病大鼠(25]。我们的研究发现,藏红花素预处理能显著提高学习和记忆能力引起的大鼠急性高海拔缺氧。微波加工测试显示显著减少旅行距离和增加的百分比在目标时间象限藏红花素组与缺氧组剂量依赖性的方式。基于这些观察结果,进行了进一步的实验,以澄清藏红花素预处理的保护机制。免疫系统的细胞在氧化压力的变化尤其敏感,因为多不饱和脂肪酸在等离子体膜极易受氧化应激(26]。发现7576和5486.4低比重的缺氧条件下,大鼠的循环白细胞(WBC)显著增加;因此,推测,缺氧会导致氧化应激,这将增加白细胞的数量和活动(27]。此外,我们还发现,在低氧大鼠白细胞的数量显著增加,和藏红花素预处理能显著减少白细胞的数量。

海马区在大脑中是一个重要的区域对于学习和记忆,所以海马神经元的结构和功能都十分关注的(28]。据报道,海马体是严重损坏,和锥体细胞的数量减少在大鼠急性高海拔缺氧(29日]。此外,暴露于低氧导致chromatinic凝结和海马的神经退化30.]。我们的研究结果表明,大鼠的海马神经元是无序和畸形,和尼氏小体迅速72 h后显著降低急性缺氧暴露在高海拔。

线粒体结构损伤和功能障碍是重要病理特征在大脑缺氧(6]。在我们之前的研究中,超微结构观察表明,线粒体肿胀,嵴消失和海马神经元的线粒体数量减少急性缺氧下在高海拔;海马神经元crocin-pretreated组明显受这些伤害包括细胞流失和karyopyknosis [19]。

SIRT1在各种代谢的调节中起着至关重要的作用和病理生理过程,如糖代谢和脂类代谢、炎症、衰老、凋亡、DNA损伤修复,自噬,氧化应激和癌症31日,32]。增强神经元线粒体功能和加强其抗压力,伤害和疾病(33]。研究发现长期记忆的形成是由的衬衫,和增强SIRT1表达式可以抵制神经退化亨廷顿氏舞蹈症(HD)小鼠大脑34]。缺乏SIRT1可能损害认知功能包括富有想象力的记忆、空间学习和识别记忆。相反,过度的SIRT1可能执行正常的突触可塑性和内存容量35]。此外,SIRT1是必不可少的突触生长以及记忆形成和可塑性。此外,SIRT1可能脱去乙酰基PGC-1α激活PGC-1α-NRF-1-TFAM途径。过度的PGC-1α有差别促进突触分化,而其对这些相反的效果导致神经病理学(35]。研究发现,upregulation PGC-1α-NRF1-TFAM途径促进线粒体生物起源、减轻海马神经元损伤,改善大鼠的空间记忆障碍与分36]。线粒体生物起源和功能需要协调核和线粒体编码基因和转录调节通过转录监管机构应对细胞外和线粒体信号(37]。因此,促进线粒体生物起源为神经元函数起着重要的作用。线粒体是ROS主要生产国和发挥了至关重要的作用在cell-mediating过程包括细胞凋亡、解毒,Ca^{2 +}缓冲(38]。这种关键作用使得线粒体潜在目标治疗各种各样的疾病。

线粒体生物起源是至关重要的在现代神经化学,因为广泛的人类疾病引起的缺陷线粒体ROS体内平衡,能源生产和形态。与此同时,研究发现,线粒体的生物起源可能是药物控制(39]。一些报告表明,SIRT1 PGC-1α作为线粒体生物起源和功能的主监管机构通过控制基因表达(40),而SIRT1, PGC-1α、NRF1 TFAM提升能量合成和神经元的存活率(41]。SIRT1影响线粒体生物起源通过调节PGC-1的转录表达α、NRF1 TFAM [42]。SIRT1 / PGC-1α/ NRF1 / TFAM线粒体生物合成的中央监管机构,和线粒体DNA的激活和调节NRF1和TFAM [43]。NRF1是一种转录因子,调节基因控制线粒体生物起源和基因在不同的细胞功能44]。发表的一份报告显示,移植SIRT1 / PGC-1的表达α/ NRF1 TFAM通路可能增加mtDNA以及线粒体生物转化的表达。通过这种方式,激活受损的线粒体可能获救的线粒体生物起源或再生新的线粒体(45]。线粒体生物起源的基因的表达是PGC-1的控制之下α和他们的活化剂SIRT1的。PGC-1的增加α活动可以提高NRF1基因的表达,而NRF1可以促进TFAM表达式直接刺激线粒体DNA复制和转录(46]。在我们的研究中,NRF1 TFAM基因和蛋白表达在老鼠的海马显著减少急性高空缺氧。预处理和藏红花素显著增加SIRT1, PGC-1α、NRF1 TFAM和减少线粒体损伤明显,表明藏红花素的保护作用是通过增加线粒体合成。

PGC-1α线粒体生物起源和功能的是监管机构之一,它起着显著作用在抗氧化应激和线粒体完整性的维护47]。核呼吸因子1 (NRF1)视为一种蛋白质调节基因控制线粒体生物起源,现在公认一个多功能蛋白质和基因的转录调节的关键球员涉及多种细胞功能,包括增殖和凋亡[48]。据报道,移植SIRT1, PGC-1α、NRF1 TFAM神经元的死亡减少了减轻氧化应激(49]。此外,当神经元接受氧化压力的挑战,PGC-1增加α调节细胞反应通过上调抗氧化的酶的表达(包括SOD) (50]。氧化应激增加代表一个细胞内自由基的生产关系失衡,细胞的防御机制。活性氧的来源都是细胞外(环境、药物或辐射)和细胞内(线粒体和内质网)51]。线粒体损伤导致高水平的ROS、MDA被认为是氧化应激的指标之一。另一方面,酶ROS清除机制包括SOD、谷胱甘肽过氧化物酶作为第一道防御活性氧过剩[52]。根据低比重的缺氧,抗氧化防御系统,如谷胱甘肽GSHPx, SOD, GSH / GSSG水平显著降低海马(53]。藏红花素已被证明是一种抗氧化剂和神经保护剂。藏红花素治疗已经显示出对抗氧化应激通过降低脂质过氧化作用和改善等抗氧化酶SOD的活性在一些神经退行性疾病(54,55]。这些抗氧化剂藏红花素的影响是更有效的比在同一浓度在神经元分化a-tocopherol嗜铬细胞瘤细胞(PC-12)血清剥夺/葡萄糖[56]。在鼠模型malathion-induced则行为,藏红花素显著降低MDA水平和增加谷胱甘肽水平相比,大鼠的海马与维生素E (57]。我们的研究发现,在高海拔急性缺氧条件下,海马体是在高氧化应激状态。预处理的藏红花素在抗氧化压力发挥了良好的作用;藏红花素的保护作用更明显在较高剂量特别是在100毫克/公斤/天。

根据公布的结果,SIRT1促进经济复苏的激活线粒体蛋白质的生物合成和功能增加线粒体通过PGC-1,减少神经细胞凋亡α线粒体通路(58]。PGC-1α、NRF1 TFAM发挥抗凋亡作用减少伯灵顿表达式和增加bcl - 2表达通过线粒体生物合成和抗氧化应激(59]。暴露于低氧增加TUNEL-positive细胞的数量的增加caspase-3表达式在海马的CA1区(60]。细胞色素c的释放到胞质中缺氧应力触发凋亡神经细胞(61年]。缺氧会增加caspase-3的水平和在海马CA1锥体神经元凋亡62年]。此外,SIRT1显著施加的凋亡效应脱去乙酰基赖氨酸残基结合蛋白激酶B和减少caspase-3的活动,caspase-9和相关通路(63年]。在我们的研究中,藏红花素发挥了保护作用在海马神经元氧化应激损伤急性高空缺氧剂量依赖性的方式下,确保神经元的生存能力和改善GSHPx,谷胱甘肽,SOD活性,减少MDA的表达水平,GSSG,谷胱甘肽(GSSG的比例。藏红花素高表达的SIRT1, PGC-1α、NRF1和bcl - 2和保持一个低表达caspase-3和伯灵顿,这表明藏红花素对急性高空缺氧损伤保护海马神经元通过抑制神经细胞凋亡和激活SIRT1 / PGC-1α/ NRF1 / TFAM信号通路。

5。结论

我们的研究结果显示,藏红花素显著降低海马神经元的损伤;提高了组织形态学的海马神经元;明显保持高水平的谷胱甘肽、GSHPx和草皮;减少MDA和GSSG内容;保存一个高SIRT1, PGC-1α、NRF1 TFAM和bcl - 2表达;伯灵顿的水平下降和caspase-3;和减少凋亡率。综上所述,我们的研究发现,藏红花素可以减弱急性缺氧引起的海马神经元的损伤,改善线粒体结构,减少氧化应激损伤,通过SIRT1 / PGC-1抑制神经细胞凋亡α/ NRF1 / TFAM信号通路。因此,藏红花素可能被视为一个潜在的治疗药物改善认知障碍在急性高海拔缺氧。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

晓燕,Dianxiang Lu和李Zhanqiang负责研究和设计概念。晓燕张、张文献和Zhancui党进行了实验。张Zhancui党和文献参与数据和统计分析。晓燕,陆苏姗姗,Dianxiang写了篇文章,准备数据。所有作者阅读和批准最终的手稿。

确认

这项工作是支持由中国国家自然科学基金(81260685),基础研究项目从中国青海省科学技术厅(2016 - zj - 708),和青年研究基金团队项目青海大学医学院(2018 - kyt - 3)。

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