文摘
大脑病理学特点和运动和nonmotor症状的帕金森病(PD)。然而,细节关于疾病及其课程的原因不太清楚。动物模型大大丰富了我们当前的理解这种疾病的进展。在各种neurotoxin-based PD模型,1-methyl-4-phenyl-1, 2, 3, 6-tetrahydropyridine注射(MPTP药物)小鼠模型是最常见的研究模型。在这里,我们提供了一个概述动态变化的黑注射途径的MPTP药物PD小鼠模型。病理生理事件,如减少纹状体多巴胺(DA)浓度和酪氨酸羟化酶(TH)蛋白的水平,TH-positive神经纤维的损耗,减少TH-positive神经元的数量在黑质致密部(SNpc)和胶质激活处理。本文将协助PD的干预措施或治疗策略的发展。
1。介绍
帕金森病(PD)是第二个最常见的神经退行性疾病,这是普遍的老年人(1,2]。黑通路,解剖电路所需的基底神经节的微调功能。这条优先受损患者PD,随后导致临床运动异常,包括震颤、肌肉僵硬、缺乏自愿的动作,姿势不稳定(3]。PD的主要神经病理特征是黑质致密部多巴胺能神经元的损失(SNpc)和他们的预测到尾状核,细胞质蛋白质的积累总量,路易小体(磅),这是神经学家弗雷德里克·路易(命名的4]。在200年期间,大脑病理学特点和运动和nonmotor PD症状的描述。然而,PD的病因和发病机制仍不清楚(5,6]。基于丰富的后期研究组织和各种遗传或毒害神经的动物模型,多巴胺神经元的死亡与线粒体功能异常、氧化应激、神经炎症,蛋白质降解[不足7]。自从第一次注射合成MPTP药物在1970年代,MPTP-based动物模型极大地改善我们的理解的原因和病程8,9]。在这里,我们提供了一个简短回顾的动态变化中观察到黑注射途径的MPTP药物PD小鼠模型。
2。小神经胶质细胞、星形胶质细胞和神经元在黑通路
小胶质细胞和星形胶质细胞分为神经胶质细胞的数量。与其他神经胶质细胞和神经元,neuroectodermal的起源、小胶质细胞来源于原始胚胎卵黄囊造血作用,迁移到大脑在胎儿发育早期(10,11]。使用消融方法在成年人的大脑,小胶质细胞已被证明具有重新能力;大约1周后损耗、小胶质细胞恢复正常密度(12- - - - - -14]。小胶质细胞构成神经胶质细胞总数的5 - 20%人口的啮齿动物的大脑。基底神经节和黑质(SN)是人口最稠密的地区之一(15]。作为主要的细胞响应病原体感染和损伤,小胶质细胞扮演的角色常驻巨噬细胞在中枢神经系统(CNS) [10,16,17]。采用一个“变形”表型,活化的小胶质细胞产生许多促炎介质,包括细胞因子、趋化因子、活性氧(ROS)和一氧化氮(NO)10]。活性小胶质细胞的存在的SNpc后期人类大脑组织首次透露,早在1988年,建议在PD的发病机制的参与神经炎症18,19]。
星形胶质细胞是最丰富的胶质细胞类型在成年人的大脑20.]。星形胶质细胞的最重要的功能包括水和离子体内平衡的维护,参与三方突触,血脑屏障(BBB)的形成(21]。蛋白质通常用作星形胶质细胞标记中间丝蛋白、胶质原纤维酸性蛋白(GFAP)、谷氨酸转运体,GLAST,醛脱氢酶1家人L1 (Aldh1L1) [22,23]。小神经胶质细胞、星形胶质细胞对炎症刺激如有限合伙人,il - 1β和肿瘤坏死因子-α通过产生一个数组的支持和抗炎介质,抗氧化剂,神经营养因子。活性astrogliosis,特点是增加GFAP的表达水平和细胞的肥大的身体和它的扩展,已经观察到受影响的大脑区域的PD患者(24,25),表明在PD(星形胶质细胞参与免疫过程19]。
在生理条件下,神经元之间的串扰,星形胶质细胞和小胶质细胞内稳态的黑轴至关重要。星形胶质细胞通过分泌促进多巴胺神经元的生存和维护各种神经营养因子在SN。小胶质细胞调查大脑微环境和吞噬细胞碎片。因此,星形胶质细胞和小胶质细胞都需要神经保护。然而,星形胶质细胞和小胶质细胞是多巴胺能神经元的保护不够。小胶质细胞和星形胶质细胞是中枢神经系统先天免疫系统的主要组件(26,27]。当体内平衡的神经元,星形胶质细胞和小胶质细胞与多巴胺能神经毒素管理中断,注射如MPTP药物和6-hydroxydopamine (6-OHDA)、神经炎症活动由活化的小胶质细胞和星形胶质细胞反应促进神经退化。胶质激活索引是提高神经胶质细胞的数量和规模,以及形态变化的感应。
夸张的炎症反应的影响在小胶质细胞主要被认为是有害的28]。抑制或衰减小胶质激活多巴胺能神经保护有关的29日- - - - - -32),除了报告il - 6基因敲除小鼠(33]。然而,反应性星形胶质细胞的影响仍存在争议。反应性星形胶质细胞参与诱导氧化应激和炎症,因此引发多巴胺能神经元的变性(27]。相比之下,星形胶质细胞的激活可能会抑制神经炎症和提高多巴胺神经元的阻力在PD动物模型。许多结果都显示在动物身上使用基因打靶策略结合neurotoxin-based PD模型。基因和其产品本身不一定是有益的或有害的。神经胶质细胞的蛋白质组表达协调实现胶质功能。某些基因改变的烧蚀反应神经胶质激活。例如,胶质缺乏多巴胺D1受体或星形缺乏多巴胺D2受体加剧了多巴胺能神经元损失MPTP-challenged老鼠(34,35),而激活的胶质细胞缺乏II主要组织相容性复合体(MHC II)或Lipocalin-2 (LCN2)抑制小鼠,注射后和多巴胺能系统随后保护MPTP药物治疗(31日,32]。
星形胶质细胞被激活的多巴胺神经元受损(32,36)或激活小胶质细胞(28,31日,37]。此外,反应性星形胶质细胞还分泌可溶性因子,刺激小胶质激活(10,27]。有趣的是,星形胶质细胞激活的状态与注射多巴胺能神经退化在MPTP药物小鼠模型:更强的星形胶质细胞活化与更严重的损伤黑通路(35,36];减毒星形胶质细胞活化与更少的多巴胺能神经元损失(32];和缺乏星形胶质细胞激活伴随着nondopaminergic神经退化(31日]。
3所示。注射的MPTP药物帕金森病小鼠模型
注射神经毒素,如MPTP药物,6-OHDA、鱼藤酮、百草枯,百草枯结合锰ethylenebisdithiocarbamate(代森锰)、利血平,和脂多糖(LPS)诱导多巴胺能神经退化在动物7,38]。注射神经毒性的影响MPTP药物对人类、猴子、斑马鱼和啮齿动物秀丽隐杆线虫曾被观察到。注射几十年来,MPTP药物小鼠模型最常用的模型已经阐明在PD黑通路受损。
MPTP小鼠系统性管理。由于其亲脂性的性质,它很容易穿过BBB。注射在大脑内部,MPTP药物转化为中间1-methyl-4-phenyl-2, 3-dihydropyridinium物种(MPDP+)神经胶质单胺oxidase-B(缺氧)[39,40]。MPDP+随后被氧化的有毒代谢物1-methyl-4-phenylpyridinium (MPP吗+)[41]。MPP+星形胶质细胞通过释放有机阳离子转运3到细胞外空间,它是由多巴胺能神经元和终端通过质膜多巴胺转运体(7,38,42,43]。一旦MPP+积累在多巴胺能神经元,它诱发神经毒性主要通过抑制线粒体电子传递链的复杂我(44),导致ATP耗竭和氧化应激介导的超氧化物和不,紧随其后的是神经元死亡(3]。
近交品系的C57BL / 6缺氧活性高的注射敏感MPTP药物毒性。注射后接触MPTP药物,纹状体MPP+内容2 h内达到最高的价值和代谢物清除从大脑在12 h (29日,45- - - - - -48]。1995年,Jackson-Lewis和Przedborski发达急性方案(49),这是PD的研究中广泛采用。在这种情况下,动态变化的黑注射途径检查在急性MPTP药物小鼠模型(四个注射的剂量MPTP-HCl 18 - 20毫克/公斤2 h之间的间隔注射,1毫克的MPTP-HCl等于0.826毫克注射自由基地MPTP药物)。C57BL / 6小鼠安乐死在90分钟到12小时,1天9天,注射后42天到90天过去MPTP药物管理分析直接,早,分别和后期效果。
4所示。立即对黑途径注射的影响MPTP药物
注射急性MPTP药物治疗后,纹状体DA浓度及其代谢物DOPAC大大减少到大约10%的控制水平在90分钟后注入。没有变化的纹状体HVA、5 -或5-HIAA水平。在这个时间点,67%的TH-positive (TH+)神经纤维在纹状体完好无损。因此,酶活性的抑制MPP的TH+更戏剧性的TH的变性吗+终端。注射用stereological计数法,MPTP药物被证明导致TH的数量略有减少+SNpc神经元(87%的控制)。TH的蛋白质含量在SN控制之间的可比性和MPTP-injured老鼠50]。这些发现与纹状体TH的著名概念一致+纤维具有不同的灵敏度相比,注射毒素MPTP药物TH+soma的SNpc [51- - - - - -54]。小胶质激活,它的特点是增加小胶质细胞数量和形态的变化,发现在纹状体注射最后MPTP药物注射后90分钟(50)(图1)。小胶质激活纹状体和SN确认12 h后注射急性MPTP药物治疗在许多其他研究[55,56]。集体,在注射急性MPTP药物模型,系统快速注射注射MPTP药物导致纹状体神经炎症反应的发生和SN和小胶质激活扩散之前多巴胺神经元的死亡(50,57]。
5。黑途径早期注射的影响MPTP药物
减少纹状体水平的蛋白质和TH的损耗+神经纤维注射后观察1天MPTP药物中毒。根据研究进行免疫组织化学染色的中脑和stereological计数、TH的数量+神经元和mptp缺陷型SNpc Nissl-positive神经元明显减少。值得注意的是,TH蛋白表达没有检测到Fluoro-Jade B-positive退化的神经元(50,58]。注射在这个时间点,MPTP药物诱发黑普遍小胶质激活通路,所显示的数量和规模的增加Iba1+小胶质细胞形态变化,如肥大(50,59]。在注射后7天,数量惊人的小胶质细胞激活的SN依然年轻(35,57和老的老鼠60]。注射后一天MPTP药物治疗,GFAP蛋白的纹状体水平没有变化,表明星形胶质细胞可能仍然在静止状态(58]。在另一项研究中,Muramatsu表示等人观察到的数量显著增加GFAP-positive星形胶质细胞(与许多细过程表现出一种分歧的)在纹状体和SN注射3和7天后MPTP药物治疗(61年]。注射后八天MPTP药物管理、GFAP蛋白的纹状体水平显著增加(58]。小胶质细胞和神经元的反应相比,注射急性MPTP药物模型,星形胶质细胞明显延迟反应,也参与调节神经炎症(57]。
在注射后9天MPTP药物挑战,纹状体DA浓度达到17%的控制,这是与观测值升高在90分钟50]。TH的纹状体水平减少蛋白质、TH的损耗+神经纤维,减少数量的TH+神经元在SNpc维护。在这个时间点,小胶质细胞的激活在黑通路自动下降到一定程度类似于静息状态(50)(图2)。
6。在黑途径注射后遗症的MPTP药物
整个黑通路经历复苏的过程2 - 3周后注射急性MPTP药物治疗。在42天注射最后MPTP药物注射后,证实了进步的纹状体多巴胺能神经移植DAT免疫反应性,3H]多巴胺吸收[55]。的纹状体水平TH蛋白质、TH的强度+神经纤维,TH的数量+神经元SNpc仍显著降低(未发表的数据)。这些现象是保持注射后90天MPTP药物中毒。在黑通路激活星形胶质细胞检测到42天(未发表的数据),65天(62年,注射后90天(未公开的数据)。
7所示。在亚急性黑通路中的动态变化,Subchronic,注射和慢性MPTP药物小鼠模型
在老鼠身上注射急性MPTP药物治疗主要损害黑多巴胺能通路(3]。然而,多巴胺能神经元死亡迅速和小进展黑哒是观察到的损失46]。根据研究问题,注射不同MPTP药物疗法应用于不同的研究(63年]。有害事件的时间进程和病变的大小取决于政府的方案52,64年]。注射其他常用MPTP药物治疗方案包括以下:(1)PD模型发生前症状:急性注射单MPTP药物应用低剂量(1×10 - 20毫克/公斤)(2)亚急性PD模型:重复注射亚急性MPTP药物应用在中间剂量(4×15 - 25毫克/公斤6或12 h间隔两天内)(3)注射Subchronic PD模型:每日MPTP药物注射的剂量大约20 - 30毫克/公斤连续4 - 5天(4)进步的慢性PD模型:每天注射的注射低剂量(4毫克/公斤)的MPTP药物超过20天。
亚急性PD方案,成年雄性C57BL / 6小鼠注射了MPTP药物挑战(24毫克/公斤,每12小时2 d)。小鼠安乐死最后剂量后在不同的时间点。TH在纹状体和SN蛋白表达明显降低。根据统计分析,在纹状体在18 TH蛋白质的水平,36岁和72 h后注入38%,45%,和31%的生理盐水组,分别和SN的水平是60%,38%,和67%的控制,分别65年]。12个月大的老鼠注射的剂量MPTP药物管理是减少到15毫克/公斤。注射后4周MPTP药物治疗水平的纹状体TH蛋白质与saline-treated老鼠相比下降了59%,而注射后的纹状体DA浓度MPTP药物治疗减少了79%。大约有63%的多巴胺能神经元的SN注射后失去了MPTP药物治疗。的纹状体GFAP水平增加了3.7倍注射3天后MPTP药物管理,并维持这个水平是在老老鼠(4周36]。
观察到的不同的反应在年轻和年老的老鼠反复测量,但由于一些变化。注射的剂量MPTP药物和年龄是可能的主要决定因素。(9 - 12周)和老少(11 - 13个月大)小鼠腹腔注射注射MPTP药物一天两次在12 h间隔2天。注射的剂量MPTP药物是20毫克/公斤对于年轻的老鼠和15毫克/公斤古老的动物。一个或3天注射最后MPTP药物注射后,MPTP引起大约90%(1天)到55%(3天)纹状体TH蛋白水平下降在年轻的老鼠。注射在老老鼠,MPTP药物诱导近70%(1天或者3天)减少。注射第八天,MPTP药物引起纹状体水平下降了57%的蛋白质。大约80%和70%的损失+纤维被观察到在年轻的老鼠注射后1天或者3天MPTP药物中毒。注射同时,MPTP药物引起了大约66%(1天)到58%(3天)密度的下降+纤维在老老鼠。注射在SN, MPTP药物引起大约41%(1天)到38%(3天)和50%(1天)到53%(3天)的损失+在年轻和年老的老鼠神经元,分别。注射基于电子显微镜分析,MPTP药物诱导的数量显著增加SNpc神经元线粒体结构改变的年轻老鼠注射后3天;这些改变包括众多的液泡和支离破碎的嵴。根据定量分析,SNpc神经元表现出更高的百分比受损的线粒体(51.3%)(54]。在一项研究中cHS4I-hIL-1βP-Luc转基因老鼠,荧光素酶报告基因的表达是由人类控制的il - 1β基因启动子(66年),老雄性和雌性小鼠注射亚急性MPTP药物中毒后监测。MPTP诱导升高il - 1的表达β记录在大脑皮层、纹状体和腹侧中脑2 h后治疗。荧光素酶表达显著升高,2,8,32岁和49 h雄性小鼠MPTP-treated诱导信号达到8 h。旧的雌性老鼠显示在荧光素酶的表达显著增加注射后4和26 h MPTP药物管理。在96 h注射最后MPTP药物注射后,纹状体强劲GFAP蛋白的含量也增加了。注射不出所料,MPTP药物引起多巴胺毒性在老女不如在雄性老鼠67年]。
在subchronic PD方案(30毫克/公斤/天连续5天),MPTP诱导的损耗超过90%的TH蛋白质在纹状体和TH的数量减少+神经元在SNpc 30%注射后24小时。注射值得注意的是,MPTP药物管理的表达明显增加α在纹状体-核蛋白([68年和未发表的数据)。反应性胶质增生也引人注目的观察这个模型。Iba 1阳性细胞的数量明显高于观察在SNpc 1天(31日)或2天(30.),注射后MPTP药物治疗。然而,在注射后2天,astrogliosis不是持续检测(30.,31日]。三周后注射,纹状体DA水平降低到17%注射控制水平的MPTP药物治疗(31日),而42%的TH+SNpc和14%的神经元+纤维的密度试验)(纹状体是保存和astroglial细胞计数增加30.]。
总之,具体的和可再生的神经毒性影响黑注射系统的强度MPTP药物诱导帕金森病模型。注射然而,MPTP药物小鼠模型表现出明显缺乏路易的身体,就像夹杂物的身体在中脑(46,69年]。这里,中枢神经系统和免疫系统之间的通信,也有助于PD的进展,应该提到。外周免疫细胞神经炎症过程中起着重要的作用在注射鼠标MPTP药物模型,与CD4的报告+和CD8+t淋巴球浸润SN [70年]。
8。结论
黑通路起着重要的作用在调节基底神经节的功能。在生理条件下,神经元、星形胶质细胞和小胶质细胞相互支持和维护一个三重“双赢”关系。当暴露于环境或内源性毒素,这可能与遗传易感性相结合,这种电路损坏,引起电机PD患者的症状。注射的优点和局限性MPTP药物的PD小鼠模型都是非凡的。小胶质激活之前的多巴胺能神经元和星形胶质细胞激活变性黑老鼠注射急性MPTP药物模型的途径。动态变化观察到黑通路图进行了总结3。更好的理解病理生理事件的时间进程将有利于研究开发干预或治疗PD的策略。
的利益冲突
作者没有利益冲突的声明关于本文的发表。
作者的贡献
东平黄和徐京同样对本文亦有贡献。
确认
这项工作是支持由中国国家自然科学基金(31671043,31671043,81400992)和国家重点实验室开放项目的医学神经生物学(SKLMN2015005)。