文摘
细菌性脑膜炎围产期期间可能会导致长期的神经赤字。这项研究调查是否细菌脂多糖(LPS)来自大肠杆菌。导致神经元凋亡与性能的长期认知功能受损,包括激活TNF -组蛋白修饰的α基因启动子。此外,我们看着粒细胞集落刺激因子(g - csf)的治疗效果在一个新生儿大脑患有围产期细菌性脑膜炎。我们应用以下技术:研究神经行为任务,共焦激光显微镜,染色质免疫沉淀反应和免疫印迹。在产后第十天,动物受到有限合伙人和/或g - csf。目标在P17脑组织被收集。一些动物(下岗通知)进行了研究使用神经行为的任务。LPS-injected组显示显著增加表达的NF -κB磷酸化和trimethylated H3K4TNFA基因启动子轨迹。此外,caspase-3,神经元细胞凋亡表达,和一个在认知功能受损的表现也被发现在我们的研究中。上述这些有害的结果被g - csf疗法明显缓解。这项研究表明,g - csf的选择性治疗作用的网站通过表观遗传调控TNFA基因启动子轨迹可能产生潜在的有益作用的新生儿大脑遭受围产期bacterial-induced脑膜炎。
1。介绍
传染病特别是在新生儿脑膜炎或围产期可能承担的高风险导致脑损伤和长期发展障碍如脑瘫、精神分裂症、情感性精神障碍、自闭症,和中风(1]。尽管许多研究人员研究如何预防细菌性脑膜炎后神经系统后遗症,其发病率似乎并没有显著下降在过去的十年里(2]。当前辅助治疗的选择是有限的,因此持续的病理生理学的研究由于细菌性脑膜炎旨在提供更好的辅助选择的科学依据(3]。
著名内毒素脂多糖和lipoglycans革兰氏阴性细菌的膜结构组成。免疫反应引起的脂多糖(LPS)由于细菌感染可能会触发炎症细胞因子的生产。LPS刺激的先天免疫系统增加表达白介素1 NF -κB,肿瘤坏死因子-α(TNF -α)[4,5]。在大脑中,有限合伙人发现绑定到toll样受体4 (TLR4),一种膜蛋白,然后触发核factor-kappa (NF - BκB)通路,调节免疫系统6和控制神经保护和神经退行性变的7- - - - - -9]。激活NF -κB通路报道诱导肿瘤坏死因子-α(TNF -的转录α)有限合伙人的曝光9,10]。此外,这导致TNF -α表达与急性或慢性炎性疾病有关的中枢神经系统(CNS) [11]。细菌感染时,有限合伙人暴露据报道,诱导小胶质细胞肿瘤坏死因子的分泌增加α通过caspase-3增加神经元细胞凋亡通路在发展中大脑皮层(12]。除了细胞凋亡增加,有限合伙人暴露被发现导致大脑神经发生减少后(13,14]。因此,细菌性脑膜炎会导致神经元细胞凋亡和死亡神经发生尽管NF -κB和肿瘤坏死因子-α通路。新生儿细菌性脑膜炎的后果都进行了广泛的调查在过去,但长期相关的神经功能障碍的机制尚未得到充分的证实。
粒细胞集落刺激因子(g - csf)是一种糖蛋白,过去被用于嗜中性白血球减少症患者(15,16]。与神经发生的影响,antiapoptosis,抗炎、神经营养,和血管生成,g - csf对哺乳动物的成年人的大脑神经保护作用[17- - - - - -20.]。g - csf可刺激骨髓产生干细胞,这些干细胞从骨髓动员大脑诱发神经发生在成年动物中风和改善功能结果(17,18]。此外,g - csf可减少caspase-3从而减少皮质神经元的凋亡[21]。此外,g - csf也可以改善神经发生复苏和长期认知功能的下降表现在新生儿围产期缺氧所致大鼠大脑(22]。此外,g - csf的凋亡效应治疗围产期缺氧幼崽已经观察到通过降低裂解caspase-3活动(23]。然而,g - csf是否减轻bacterial-induced细胞凋亡在新生儿老鼠大脑仍然需要进一步调查。
表观遗传修饰在TNFA基因位点,调节TNF的表达α信使rna和蛋白质表达结果一致和复杂的网络调控如DNA甲基化、组蛋白修饰、和染色质重塑24,25]。经常分析研究单核细胞和巨噬细胞。然而,并没有公布的实验证据显示是否组蛋白修饰的TNFA基因位点也调节TNF -α信使rna和蛋白质表达与LPS幼崽的大脑。因此,在这项研究中,我们还研究了有限合伙人是否增强TNF -α通过这种表观遗传修饰和表达g - csf LPS-mediated组蛋白修饰在减轻TNFA基因位点。此外,为了检查性能的长期认知功能在幼崽新生儿细菌感染与g - csf接受治疗,我们还使用了eight-arm径向迷宫任务探讨幼崽的暗示参考和空间工作记忆。
2。材料和方法
2.1。实验动物的协议
高雄医学大学动物保健和使用委员会和E-DA医院(高雄,台湾)批准所有实验程序。Sprague-Dawley (SD)老鼠提供12小时光/暗周期和安置在动物保健设施。动物被分成四个实验小组如下:车辆控制(对照组),LPS-treated-alone集团(LPS组),g - csf - (30μ克/公斤)集团(g - csf组),和LPS-treated + g - csf (30μ克/公斤)集团(有限合伙人+ g组),在产后一天十(P10)被认为是符合人类新生儿(26]。在开发过程中确定一个炎症活动会影响长期认知功能在以后的生活中,雄性老鼠注射鼠脑内。头皮剃,磨孔是钻1毫米尾前囱和2.0毫米侧中线。有限合伙人在所需的剂量是通过汉密尔顿微量调节注射器注入心室超过5分钟的时间。对照组收到等容i.c.v.注射生理盐水。老鼠维持在36°C与有限合伙人(大肠杆菌、血清型O26: B6;1毫克/公斤)或pyrogen-free盐水。后立即注射LPS,其他组的老鼠注射g - csf (30μ克/公斤,每天注射,皮下注射)根据我们之前的研究22]。目标大脑区域的脑组织标本收集P17,学习和记忆功能和空间分析在P37-P58受雇为标准的描述青春期(27]。
2.2。脑组织切片制备
细菌性脑膜炎可能引起颞叶损伤和癫痫症(28,29日]。P17,颞叶片(400μ米)收集并立即放入人工脑脊液(ACSF)在湿润的气氛中95%的O2/ 5%股份有限公司2为34.0±0.5°C的孵化室一个平衡段(至少有一个小时30.]。获得目标大脑区域,大脑切片与冰冷的含氧ACSF孵化,然后切成组织块(0.1×0.5厘米)在15秒的组织切片。大脑组织立即被冻结在−80°C到分析,和所有的组织片只解冻。
2.3。免疫印迹
我们定制的治疗后,细胞细胞溶解到细胞溶菌作用的缓冲(10毫米三(pH值7.4),150毫米氯化钠,2毫米EDTA,特里同x - 100 0.2%, 1毫米PMSF和1×蛋白酶抑制剂混合物)。蛋白质浓度是决定采用BCA化验(美国热科学,罗克福德,IL)。细胞溶解产物在sds - page分离,然后转移到硝化纤维膜。他们探讨了对NF -抗体κB (AbFrontier / LF-PA0062), pNF——虽然κB (AbFrontier / LF-PA20342), TNF -α(圣克鲁斯/ sc - 1351)和caspase-3(# 9662)细胞信号传导等。我们二次抗体都是兔子anti-mouse免疫球蛋白或山羊anti-rabbit免疫球蛋白g(1: 3000),根据主要抗体。最后,免疫反应性的蛋白质被发现使用BioSpectrum 810成像系统(UVP)。
2.4。染色质免疫沉淀反应试验(芯片)
在我们之前的研究(31日),5×105细胞治疗与1%甲醛在室温下10分钟,其次是声波降解法的dna和染色质免疫沉淀反应,然后净化与芯片工具包(芯片组件编号17 - 295;美国纽约北部的生物技术,普莱西德湖)。探针和引物设计通过分析近端启动子和intronic增强器区域TNFA基因的聚合酶链反应(PCR)扩增的芯片产品。这些地区包括以下条件相对于转录起始站点:TNF1 (T1;2686年2667−−),TNF2 (T2;2202年2183−−),TNF3 (T3;1672年1653−−),TNF4 (T4;496年174−−)和TNF5 (T5;224年205−−)。pcr进行7700年ABI TaqMan thermocycler(应用生物系统公司)。
2.5。评价细胞凋亡
我们进行了双重免疫荧光分析中使用激光扫描共焦显微镜来分析细胞凋亡神经元细胞组织。染色协议中描述的是一项研究(22在下列句子并简要总结。冠方削减30大脑样本μm和沾antineuronal核(NeuN)(克隆室A60 MAB377;美国Chemicon泰梅库拉,CA)神经元细胞识别和TUNEL (Sigma-Aldrich, 11684795910)进行DNA检测。TUNEL根据制造商的指示进行。二级放大进行了使用Cy3-conjugated anti-mouse抗体NeuN染色法和TUNEL染色fluorescein-conjugated抗体。负控制NeuN和TUNEL双标签通过省略anti-NeuN抗体或TdT TUNEL反应的酶。徕卡的图像数字化采集(胡桃胡同,德国)DMIRE2显微镜,和图像的共焦荧光收集使用蔡司(美国纽约Thornwood) LSM510显微镜。
2.6。Eight-Arm径向迷宫任务
空间记忆任务,比如eight-arm径向迷宫和莫里斯水迷宫工具用于评价颞叶病变(32]。在我们之前的研究(33),一个eight-arm径向迷宫被用来训练大鼠两种记忆任务。在该测试中,两个内存赤字可以记录:(1)工作记忆错误(WME):一只老鼠去一只手臂已经访问的诱饵,和(2)引用内存错误(RME):一只老鼠访问一个没有诱饵的手臂。如果老鼠的脚掌的手臂越过中线,这被定义为拥有访问的手臂。老鼠被定义为成功完成了暗示参考记忆和空间工作记忆任务时没有rm或wm至少2天为期3天的期限内。
2.7。统计分析
所有数据都意味着±SEM。统计差异决定用单向方差分析Bonferroni的紧随其后t以及事后多重比较。统计显著性水平 是应用于所有测试。
3所示。结果
3.1。g - csf缓解增强磷酸化NF -κB在大脑中p65幼崽的有限合伙人的待遇
幼崽LPS处理增加磷酸化NF -的表达κB在大脑中p65。磷酸化NF -有一个重要的改进κB p65(图1LPS组)与对照组(有限合伙人219.4±21.1%和控制107±3.2%, )。也没有显著差异的有限合伙人+ G组相对于对照组。结果表明,老鼠大脑的变化实验暴露于有限合伙人参与NF -κ磷酸化NF - B信号通路而增加κB表达可以通过g - csf缓解治疗。
3.2。g - csf缓解增强TNF -α新生大鼠的大脑处理有限合伙人
证明有限合伙人NF的下游信号通路的影响κB,我们检查了TNF -的浓度α。LPS组显示显著增加TNF的表达α(图2有限合伙人)与对照组(181.5±9.2%和控制103±1.6%, )。有限合伙人+ G组TNF -α表达显著降低的价格相比LPS组。这些发现表明,g - csf可能有效减轻肿瘤坏死因子的增加α表达的大脑小狗实验暴露于有限合伙人。
3.3。LPS-Mediated组蛋白修饰的TNFA基因位点
表观遗传修饰调控TNF的表达α为了应对急性刺激由有限合伙人(如24,34]。最近的一项研究分析巨噬细胞和单核细胞表明,乙酰化H3和H4马克活跃转录的TNFA基因位点(24]。检查是否TNFA在神经元基因位点进行了组蛋白修饰的结果和NF - LPS治疗κ激活,我们执行芯片分析幼崽的大脑处理有限合伙人,用PCR引物对应五个亚区(TNF1-5)的TNFA启动子TNFA基因。结果表明,与车辆控制集团相比,新生儿的老鼠的大脑处理LPS组蛋白修饰的TNFA基因位点。在图2,调节肿瘤坏死因子-α表达在LPS-treated神经元。显示芯片分析水平的提高trimethylated H3K4子亚区,TNF2-5,的TNFA基因的新生儿老鼠大脑LPS组(图3)。此外,显著增加trimethylated H3K4 TNF2-5子亚区(图3)的有限合伙人+—组。这表明,g - csf可以减轻围产期脑损伤的有限合伙人通过表观遗传调控在接触TNFA基因启动子轨迹。
3.4。g - csf减少Caspase-3活动增强了LPS治疗新生儿的老鼠的大脑中
因为我们观察到g - csf有抗炎作用和监管通过表观遗传修饰,然后,我们调查了g - csf的凋亡效应。我们可以看到在图4caspase-3活动LPS组显著高于对照组(有限合伙人240.6±28.1%和103.4±5.1%,控制 )。有限合伙人+ G组caspase-3活动显著降低的价格相比LPS组,但没有达到统计学意义的对照组。因此,g - csf被发现有凋亡的影响通过减少加剧caspase-3活动小狗实验处理有限合伙人。
3.5。g - csf的凋亡效应评价与有限合伙人在治疗后小狗的大脑
确认caspase-3减少活动,共焦显微镜是用来确定g - csf疗法缓解LPS后大脑中的细胞凋亡的幼崽。我们使用神经元标记NeuN(成熟的神经元)和TUNEL细胞凋亡水平评估幼崽的大脑。的下降趋势与TUNEL-positive coexpression NeuN-positive细胞细胞显示新生儿LPS组(图5(c))与控制老鼠(图5(a))。相比之下,TUNEL-positive细胞的数量的增加与NeuN-positive细胞观察colocalizing有限合伙人+ G组(图5(d))。在定量分析(图6),细胞表现出双重染色的平均数量NeuN-positive计算区域内和TUNEL-positive细胞相比,LPS组明显高于对照组(有限合伙人45.1±4.2细胞/μ米2而控制细胞3.6±0.1 /μ米25幻灯片/动物5动物, )。在有限合伙人+ G药物治疗与对照组无显著差异,但显著降低对LPS组细胞凋亡的影响。这些结果表明,g - csf治疗有显著疗效与治疗新生儿LPS引起的细胞凋亡。
3.6。长期使用Eight-Arm径向迷宫任务评估认知功能
图7显示了工作的长期认知缺陷和暗示参考记忆任务后的老鼠postneonatally LPS处理重复的日常训练和eight-arm迷宫任务。与对照组相比,LPS组有更多的意思是wm ( 动物, ,图7(一))和rm ( 动物, ,图7 (b)在生命的最初几天。有限合伙人+ G组中,G - csf疗法缓解的减少意味着RME和WME的价格相比LPS-treated-alone组。此外,LPS组表现出显著增加总意味着rm和总意味着wm与控制和有限合伙人+ G组。新生儿大脑的这些结果表明,有限合伙人暴露可能导致空间记忆能力下降形成和侮辱可以g - csf治疗后缓解。
(一)
(b)
4所示。讨论
在这项研究中,我们的研究结果表明,g - csf治疗有用的新生儿在治疗细菌性脑膜炎。首先,g - csf缓解LPS-induced通过NF -脑损伤κB通路。其次,g - csf疗法的效果是通过表观遗传调控TNFA基因启动子位点的选择性治疗作用的网站。第三,g - csf也减少caspase-3表达和细胞凋亡的增加。第四,工作和暗示参考记忆障碍由于有限合伙人暴露被g - csf治疗缓解。
与革兰氏阴性细菌,有限合伙人认可TLR4诱导脑损伤,增加肿瘤坏死因子-α通过NF -表达式κB通路(9]。激活NF -κB通路,它取决于我κB激酶磷酸化的抑制分子和P65蛋白的磷酸化。然后,P65蛋白的磷酸化是易位到原子核(35,36]。这种磷酸化P65蛋白有能力招募组蛋白乙酰转移酶,导致生产的促炎因子,如肿瘤坏死因子-α。这项研究的发现是兼容的一项研究,LPS-exposed新生儿大脑增强磷酸化NF -的表达κB p65和TNF -α(35]。几项研究已经建立了有限合伙人可能机制解释如何影响TNF -的生产α在成人。在这项研究中,我们提供了这方面的证据在新生儿老鼠大脑通路。
Trimethylation H3K4发挥了重要作用的最初招募一个甲基转移酶复杂(包括甲基转移酶、混合血统白血病(MLL)和WD重复域5 (WDR5)蛋白质支架),进而调节dimethylation Trimethylation转换的组蛋白H3 K4 (37]。MLL1, MLL家族的六名成员之一,据说已经与NF P65蛋白——有关κB家族(38]。在先天免疫系统中,一项研究报告称,NF -κB监管其下游基因的转录(TNF -α)通过MLL1 [38]。在中枢神经系统,LPS-regulated TNF -α通过NF -表达也可能发生κB和其下游表观遗传调制。尽管很少有数据有限合伙人如何调节TNF -α在大脑中,LPS-regulated TNF -α通过NF -κB在大脑小胶质细胞已被证明在某些脑部疾病(39]。本研究的发现可以做了进一步阐述这个问题。我们表明,有限合伙人影响TNF -α表达式通过NF -κB和其下游反应变量在神经元细胞的组蛋白修饰方式。此外,g - csf的神经保护效应不仅缓解了NF -增加κB表达也升高组蛋白trimethylation H3K4。因此,最后部分,有限合伙人和g - csf TNF -监管α在表观遗传表达水平。此外,显著增强trimethylated H3K4发现TNF2-5子亚区,但不是所有的有限合伙人照射后肿瘤坏死因子启动子亚区。此外,g - csf疗法不能修复所有有限合伙人治疗造成的损害。
还被一群cysteinyl-aspartate-specific蛋白酶对凋亡细胞死亡有显著影响(40,41]。幼崽处理有限合伙人可能诱导促炎细胞因子释放,如肿瘤坏死因子-α。肿瘤坏死因子表达的增加α蛋白质可能导致caspase-3乳沟,导致神经元凋亡的增加(42]。同时,caspase-3被认为是效应是由caspase-8激活半胱天冬酶,caspase-9, caspase-10。据报道,g - csf以来调节LPS-induced通过caspase-3[微血管内皮细胞的凋亡43),我们调查caspase-3活动探讨g - csf在LPS-induced脑损伤的保护作用。尽管有许多最近的研究调查减少新生儿脑膜炎的伤害,他们的结果是有限的。我们的研究结果表明,g - csf减少caspase-3激活和提供对胎鼠大脑神经保护作用实验后新生儿炎症。
通过抗炎通路的g - csf有神经保护作用,antiapoptosis,神经发生在中枢神经系统44,45]。脑部炎症可能导致血脑屏障损伤并导致白细胞游走到受伤组织(44]。g - csf的抗炎效应发生尽管通路,减少细胞因子的水平,如肿瘤坏死因子-α和interlukin-1β由白细胞分泌,并减少T细胞迁移到中枢神经系统(46]。bcl - 2 g - csf也被指出来激活和bcl-xl蛋白质减少caspase-3防止细胞凋亡通过JAK2 / STAT3通路(21,46]。本研究提供的证据在老鼠模型中,g - csf可降低炎症反应降低TNF -α通过表观遗传调控和也可以通过减少caspase-3有凋亡影响新生儿脑膜炎。
在中枢神经系统、神经干细胞自我更新的能力,能够分化成神经元、少突胶质细胞、星形胶质细胞。当大脑炎症或遭受意外事故意外,血脑屏障的通透性可能会改变,然后允许G-CSF-induced嗜中性粒细胞通过(46]。这已经被证明可以刺激骨髓产生干细胞,诱导他们从骨髓动员大脑,然后诱导神经发生在成年动物缺血性或非缺血型障碍改善功能结果(17,18,21,23,47- - - - - -50]。最初,g - csf动员造血祖细胞从骨髓,外周血,然后迁移到神经损伤通过科学家的趋化因子受体4 (CXCR4) /基质细胞衍生因子- 1 (SDF-1)系统(51]。通过偿还PIK / Akt通路,g - csf然后提高卒中后神经发生和成神经细胞迁移(46]。此外,磷酸化分子ser - 133(p分子ser - 133)、dna结合转录因子的调控中发挥着重要作用一些即早期基因(52]。在早期的研究中,我们报道了g - csf疗法缓解pCREB的减少ser - 133和psd - 95与NMDAR子单元在围产期缺氧后海马的CA1区,g - csf疗法提供了长期有利影响认知障碍(53]。鉴于有限合伙人已经报道的NMDA受体调节神经胶质细胞与肿瘤坏死因子-α(54),g - csf也可能在治疗脑损伤接触有限合伙人的工作。
近年来,我们的团队也集中在神经发生g - csf对幼崽的影响探讨围产期分脑损伤的治疗22]。g - csf不仅改善了神经发生,而且长期认知功能改善实验诱导围产期缺氧的幼崽。然而,g - csf的神经保护效应是否也显示在多个脑区实验有限合伙人曝光后仍然是未知的,直到目前的研究。在这里,我们显示g - csf的疗效治疗新生儿实验老鼠大脑处理有限合伙人。
5。结论
这项研究提供了一个新的见解g - csf疗法是如何能够恢复造成的损害有限合伙人通过减少炎症和凋亡反应接触和g - csf疗法如何,至少在某种程度上,改善长期功能结果(改善受损的表现空间和暗示参考工作记忆)。甚至更重要的是,g - csf的影响被证明发生在TNFA基因的表观遗传调控。此外,环境浓缩在LPS-exposed科目可能提供一个更好的结果,和早期康复可能有用。这项研究表明一个新的潜在的神经保护策略,用更少的副作用可能是良好的耐受性与细菌性脑膜炎新生儿的大脑。虽然我们远非人类新生儿能够应用这种疗法,我们的结果提供了一个洞察新生儿细菌感染后神经功能缺陷的患者。
信息披露
提出了初步数据的一部分作为一个抽象的形式在第40届18学术研讨会,民国2010年。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
本研究在一定程度上支持Yung-Ning杨(EDAHP103028 EDAHP104032)和San-Nan杨(nsc98 - 2320 b037 - 022 my3 NCKUEDAH10304,和NCKUEDAH10411)。