银杏内酯B对谷氨酸诱导视网膜神经细胞凋亡的影响
| 银杏内酯B对谷氨酸诱导视网膜神经细胞凋亡的影响 |
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作者:郭梦翔, 朱晓波, 罗 燕, 高 艺, 唐仕波 【摘要】 【目的】 探讨银杏内酯B拮抗谷氨酸诱导的体外培养新生大鼠视网膜神经细胞凋亡作用及其可能的机制。 【方法】 MTT法检测不同浓度谷氨酸对原代培养SD大鼠视网膜神经细胞的兴奋性毒性作用。细胞分为正常组、谷氨酸组和不同浓度(10、50、100 μmol/L)银杏内酯B治疗组(n = 6)。MTT法检测不同浓度的银杏内酯B对谷氨酸诱导凋亡的视网膜神经细胞存活率的影响。流式细胞仪结合Annexin V/ PI检测细胞凋亡率,JC-1染色检测线粒体膜电位。【结果】 100 μmol/L谷氨酸作用下,视网膜神经细胞的吸光度值降低至0.50 ± 0.07,凋亡率为52.4%,JC-1的红/绿比值为1.77。10 ~ 100 μmol/L银杏内酯B作用下神经细胞的吸光度值分别为0.52 ± 0.09、0.64 ± 0.15和0.74 ± 0.11,细胞的凋亡率分别下降至36.7%,12.4%和2.1%,JC-1的红/绿比值则分别上升为1.898、2.089、2.276(P < 0.05)。 【结论】 银杏内酯B可以拮抗谷氨酸诱导的视网膜神经细胞凋亡,其作用机制可能与提高线粒体膜机能有关。 【关键词】 视网膜神经细胞培养; 谷氨酸; 银杏内酯B; 凋亡 Effects of Ginkgolide B against Glutamate-induced Apoptosis on Retinal Neurons GUO Meng-xiang, ZHU Xiao-bo, LUO Yan, GAO Yi, TANG Shi-bo ( State Key Laboratory of Ophthalmology∥Zhongshan Ophthalmologic Center, SUN Yat-sen University, Guangzhou 510060, China ) Abstract: 【Objective】 To investigate the antiapoptosis effects of ginkgolide B against glutamate-induced apoptosis in cultured neonatal rat retinal neurons. 【Method】 The toxicity of glutamate with different concentration on primary cultured retinal neurons was quantified by MTT. Cultured retinal neurons were divided into 6 groups: Normal group, Glutamate group, 10 μmol/L GB-treated group, 50 μmol/L GB-treated group, and 100 μmol/L GB-treated group (n = 6). Neuronal survival was quantified by MTT, and apoptosis was observed by Annexin V/ PI and JC-1 assay with flow cytometry. 【Result】 After treated by 100 μmol/L glutamate, the absorbance value of cultured retinal neurons were reduced to 0.50 ± 0.07, the apoptosis rate was 52.4% and the red/green rate of JC-1 was 1.77. Cocultured with ginkgolide B in 10 μmol/L ~ 100 μmol/L respectively increased the neuronal absorbance rate to 0.52 ± 0.09, 0.64 ± 0.15, and 0.74 ± 0.11, while reduced the apoptosis rate to 36.7%,12.4%, and 2.1% and improved the red/green rate of JC-1 assay to 1.898, 2.089, and 2.276 (P < 0.05). 【Conclusion】 Glutamate toxicity in cultured retinal neurons can be inhibited by Ginkgolide B. The mechanism might be to improve the function of mitochondrial. Key words: retinal neurons culture; glutamate; ginkgolide B; apoptosis [J SUN Yat-sen Univ(Med Sci),2008,29(6):690-694] 视网膜神经细胞,特别是光感受器细胞凋亡是视网膜变性性疾病的共同病理通路[1-2]。Clarke等认为在视网膜变性疾病中感光细胞变性可能与谷氨酸等兴奋性氨基酸在局部积聚有关[3]。银杏内酯B(ginkgolide B, GB)是银杏叶提取物中的主要药效成分,是目前已知最强的天然特异性血小板活化因子(Platelet-activating factor,PAF)拮抗剂,体外实验证实,银杏内酯B可以拮抗谷氨酸诱导的培养脑皮质神经细胞凋亡[4-5]。在本研究中,我们建立谷氨酸诱导的原代培养的大鼠视网膜神经细胞凋亡模型,观察银杏内酯B对视网膜神经细胞的保护作用,并进一步探讨可能的作用机制,以期为视网膜变性疾病的治疗提供新的途径。 1 材料与方法 1.1 实验动物 出生后7 ~ 8 d的SD乳鼠,雌雄不拘,由中山大学实验动物中心提供,粤监证字2006A064。 1.2 主要试剂和仪器 兔抗神经原特异性烯醇化酶(NSE)多克隆抗体、兔抗胶质纤维酸性蛋白(GFAP)多克隆抗体、SABC-FITC和SABC-CY3免疫组织化学试剂盒均购自武汉博士德公司;小鼠抗视紫红质单克隆抗体(Rhodopsin,美国NeoMarkers); AnnexinⅤ/PI检测试剂盒(深圳晶美),JC-1荧光探针(美国 Molecular Probe),银杏内酯B(含量≥98%)(南京海陵中药制品公司)。流式细胞仪(美国Beckman-Coulter),酶标仪(美国sigma)。 1.3 方 法 1.3.1 视网膜神经细胞的培养和鉴定 按文献[6]报道方法培养新生SD大鼠视网膜神经细胞。细胞培养7 d后,以NSE、Rhodopsin 和GFAP为一抗,相应的荧光抗体为二抗,免疫荧光双染对培养细胞进行鉴定。阴性对照采用PBS代替一抗。 1.3.2 噻甲唑兰(MTT)法检测不同浓度谷氨酸对视网膜神经细胞存活率的影响 调整视网膜神经细胞的浓度为1×105/mL,每孔200 μL接种于多聚赖氨酸提前包被的96孔板内,在37℃、5%CO2的培养箱内培养,至第7天随机分为3大组:正常对照组、100 μmol/L谷氨酸组和1 mmol/L谷氨酸组,其中后两组分别按照谷氨酸干预后30 min、1 h、2 h、8 h和12 h分为5小组,每组设5个复孔,同时设定空白对照孔。在不同时间点终止干预,按MTT法常规操作,测定并记录各孔在490 nm的吸光度值(A)。细胞存活率(%) = 各组测定的吸光度值/正常对照组吸光度值 × 100%。 1.3.3 MTT法测定GB对视网膜神经细胞存活率的影响 实验共分为5组。神经细胞接种后7 d分组:A组(正常对照组)及B组(谷氨酸模型组)分别给予正常培养液及100 μmol/L谷氨酸干预12 h,PBS洗两次后换用新鲜培养液继续培养12 h;C ~ E组(GB治疗组):培养第6天分别加入浓度为10、50和100 μmol/L的GB培养24 h,再加入100 μmol/L 谷氨酸干预12 h后终止干预,PBS洗两次后换用新鲜培养液继续培养12 h。MTT法测定各组吸光度值,计算细胞存活率。 1.3.4 Annexin V/PI细胞凋亡检测 按方法1.3.3项下分组干预细胞,终止干预后,PBS洗细胞两次,加入稀释的结合缓冲液200 μL重悬细胞;加入3 μL Annexin V/FITC混匀,室温避光10 min;继续加入2 μL PI,混匀,室温避光5 min;补充结合缓冲液300 μL混匀,流式细胞仪检测。 1.3.5 流式细胞仪检测线粒体膜电位变化 按方法1.3.3项下分组干预细胞,终止干预后,PBS 洗细胞两次。以无酚红DMEM 培养液配置浓度为0.2 μL/mL 的JC-1 染液,每管细胞沉淀加入500 μL吹打混匀,37 ℃ 避光孵育30 min。300 × g离心5 min,弃上清,500 μL PBS 重悬细胞,流式细胞仪检测。 1.3.6 统计方法 采用SPSS12.0软件包中的单因素方差分析法(ANOVA)对数据进行分析,结果以平均数 ± 标准差(x ± s)表示。以P < 0.05表示差别具有显著性意义。 2 结 果 2.1 细胞形态及免疫荧光双染细胞鉴定 接种24 h,绝大多数细胞贴壁,或三五聚集成团,或散在生长。部分活性较好的细胞伸出短小突起(图1A)。随着时间延长,细胞突起延长,接种后7 h神经细胞突起之间相互交织成网状,部分细胞胞体伸展成不规则形、梭形,胞体饱满,立体感强,边界清楚(图1B)。此后神经胶质细胞逐渐爬出,位于神经细胞的下方,色泽较灰暗,呈不规则片状,培养后20 d绝大多数细胞为神经胶质细胞。免疫荧光双染显示培养后第7天,绝大多数细胞NSE阳性(图1C)。Rhodopsin阳性的细胞约占半数(图1D)。 2.2 谷氨酸对体外培养视网膜神经细胞的兴奋性毒性 正常对照组的A值为0.97 ± 0.23;12 h高浓度谷氨酸组的A值为0.48 ± 0.13,低浓度组为0.53 ± 0.21。其余各时间点的A值详见表1;经统计分析,从给予谷氨酸后2 h开始,两个谷氨酸组的A值与正常对照组相比差异都有显著意义。 2.3 MTT法测定GB对视网膜神经细胞存活率的影响 正常对照组A值为0.85 ± 0.03,100 μmol/L谷氨酸(B组)作用12 h后A值明显下降到0.50 ± 0.07(P≤0.05),与A组(正常对照组)相比神经细胞存活率降低到57.4%。预先给予不同浓度的GB(C-E组)后视网膜神经细胞的A值分别为0.52 ± 0.09、0.64 ± 0.15和0.74 ± 0.11。各组的A值变化趋势见图2。 2.4 Annexin V/PI 细胞凋亡检测 正常对照组神经细胞凋亡率为5.5%;谷氨酸组凋亡率达到52.4%;10、50和100 μmol/L 的GB组的凋亡率分别为36.7%,12.4%和2.1%(图3)。 2.5 流式细胞仪检测线粒体膜电位变化 各组细胞经JC-1染色后,通过流式细胞仪检测红色荧光和绿色荧光平均荧光强度的变化(红/绿),从而间接反映线粒体膜电位的变化。谷氨酸诱导后,神经细胞红/绿比值为1.77,显著低于正常对照组;预先给予10 ~ 100 μmol/L GB后红/绿比值逐渐增加,见图4。 3 讨 论 研究表明谷氨酸兴奋性毒性作用与青光眼和糖尿病性视网膜病变等的发病机制息息相关[7-9]。Clarke等认为在视网膜变性疾病中感光细胞变性可能是与谷氨酸等兴奋性氨基酸在局部积聚有关[3]。这一假说也在视网膜变性模型rd1小鼠中得到证明,应用谷氨酸受体拮抗剂CNQX可以抑制rd1小鼠视杆细胞的凋亡[10]。由此可见,谷氨酸兴奋性毒性作用与视网膜变性的发病密切相关。 关于谷氨酸诱导凋亡的浓度,目前没有统一的标准。我们采用MTT法观察文献常用的两种浓度100 μmol/L和1 mmol/L在不同作用时间下对体外培养的大鼠视网膜神经细胞的影响,以建立合适的视网膜神经细胞凋亡模型。结果发现,100 μmol/L和1 mmol/L谷氨酸作用下,随时间延长培养的视网膜神经细胞存活率逐渐降低,但是前者的下降趋势与1 mmol/L组相比更加缓和,到12 h还有约54%的细胞存活。由于我们的实验目的是观察银杏内酯B对谷氨酸诱导的视网膜神经细胞凋亡的保护作用,药物有一定的起效时间,所以我们认为选择更加缓和的致凋亡作用比较合适。 到目前为止,导致光感受器细胞凋亡的机制尚不十分明确。大量的研究表明,线粒体在调控细胞凋亡中起关键作用[11-12]:线粒体膜通透性的改变是多种促细胞凋亡级联转导信号的枢纽,线粒体跨膜电位Δψm的破坏,被认为是细胞凋亡级联反应过程中最早发生的事件之一,它发生在细胞核凋亡特征(染色质浓缩、DNA 断裂)出现之前,一旦线粒体跨膜电位崩溃,则细胞凋亡不可逆转。 本实验中MTT和Annexin V/ PI的结果均显示,100 μmol/L的谷氨酸可以导致视网膜神经细胞存活率降低,凋亡率增加;预先给予不同浓度的银杏内酯B可以拮抗谷氨酸的致凋亡作用,在10 ~ 100 μmol/L范围内该作用具有剂量依赖性;JC-1的结果表明GB抑制谷氨酸的致凋亡作用可能是通过提高线粒体跨膜电位,从而阻断下游的凋亡级联反应,抑制凋亡相关因子的释放而实现的。 【参考文献】 Maubaret C, Hamel C. 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