AbMole推荐-澳门科技大学发现苜蓿素改善认知和运动障碍新机制

AbMole生物 2023-11-15 13:26:15

AbMole以其卓越的品质、与时俱进的产品、专业无忧的服务,不断鼎力支持全球科学家获得重要的突破性成果。

由来自澳门科技大学的XingXia Wang,Wei Hu,LiQun Qu以及Betty Yuen Kwan Law等多名研究人员在期刊Pharmacol Res上,共同发表了题为“Tricin promoted ATG-7 dependent autophagic degradation of α-synuclein and dopamine release for improving cognitive and motor deficits in Parkinson's disease”的文章,在该文章中,研究人员使用了购自AbMole的Tricin(苜蓿素,M5206),揭示了Tricin通过AMPK-p70s6K和ATG7依赖机制诱导自噬降解和多巴胺释放,从而改善认知和运动障碍的新机制。

研究人员首先通过荧光测量和流式细胞仪分析,证实Tricin能增强自噬作用(图1A),提高 PC12 细胞中 LC3-II 的水平(图1B)。并发现自噬体形成抑制剂能阻断Tricin处理的细胞中蛋白质向 LC3-II 的转化(图1C-D),提示Tricin能在细胞水平诱导自噬。

图 1 (A) 在 PC12 细胞中使用自噬检测试剂盒进行 MDC 染色。阳性对照(Rapamycin,400 nM)和Tricin(20-80 μM)给药 24 小时,流式细胞仪对 MDC 的荧光信号进行定量。(B) 给 PC12 细胞注射Tricin(20-80 μM)24 小时,并通过免疫印迹(WB)分析 LC3-II 的蛋白表达。(C)Wortmannin对Tricin处理细胞中 LC3-II 转化的影响。PC12 细胞用 DMSO 或 60 μM 的Tricin处理 24 小时,同时添加或不添加 1 μM的Wortmannin。(D) PC12 细胞在有或没有Bafilomycin A1(Baf A1,50 nM)的情况下用 DMSO 或 60 μM 的Tricin处理 24 小时。

随后,研究人员利用转染mRFP-GFP-LC3的U87细胞和秀丽隐杆线虫模型(2A-B)进一步确定了 Tricin的自噬诱导效应。通过将Tricin与 PC-12 细胞孵育,并使用Western 印迹检测 p-AMPK/AMPK 和 p-P70s6K/p70s6K 的蛋白表达。证实Tricin能通过 AMPK-p70s6K 依赖性信号通路诱导自噬。

图 2 (A) U87-mRFP-GFP-LC3 稳转细胞经 20-60 μM 的Tricin处理 24 小时。图中显示了 3 个独立实验中每组细胞中 mRFP-LC3 点的合并定量。(B) 用 elegans 模型 DA2123(LGG-1::GFP)和模型 BC12921(SQST-1/p62::GFP)通过荧光分析 GFP 标记的目标蛋白来评估Tricin的自噬活性。Rapamycin(20 μM)作为阳性对照。

此外,通过使用RT-PCR 阵列对自噬相关基因进行分析(图 3A- B),并进行进一步的 STRING 分析预测,发现 Tricin能提高一系列自噬基因的水平,并可通过 ATG7 依赖性机制诱导自噬。

图 3 (A) PCR 阵列结果的散点图。(B) 表格显示 mRNA 水平发生显著变化(> 1.5 倍)的自噬基因。

随后,研究人员使用试剂盒测定经Tricin处理后 SH-SY5Y 细胞中 α-syn 的水平(图 4A),并在 Schrodinger 中进行Tricin与α-syn 的对接模拟(图 4B),发现Tricin能和 α-syn 直接结合,并具有良好的结合亲和力,Kd 值为 13.76 μM(图 4C)。此外,通过进一步研究证实了Tricin能通过ATG7 依赖的自噬作用降低突变体 α-syn 的水平。

图 4 (A) 在SH-SY5Y细胞中,施用Tricin(0-100 μM)24小时后,使用人α-syn ELISA试剂盒。并通过酶标仪定量荧光强度。(B) 分子对接显示Tricin与 α-syn 的结合倾向。 (C) 生物层干涉测量法(BLI)显示Tricin与 α-syn 的结合倾向(Kd 值)。

接下来,研究人员构建 A53T-α-syn 转基因PD小鼠模型(图5),并通过行为学实验证实Tricin能改善PD小鼠的运动,记忆以及认知能力。随后组织学实验(H&E 及Nissl染色)结果说明Tricin能够改善 PD 转基因小鼠的组织病理学情况。

图 5 动物实验时间图。

最后,通过ELISA,UPLC-MS以及Western 印迹法等多种方法进一步研究发现,在Tricin给药组的血清和脑样本中 DA 含量升高(图6A-B),血清中的炎性细胞因子水平显著下降(图6C),表明Tricin能减轻PD小鼠的炎症反应。此外,Tricin处理组小鼠纹状体中TH蛋白的表达量明显增加(6D),表明Tricin能通过上调酪氨酸羟化酶(TH)来提高PD小鼠的DA水平,从而发挥其神经保护作用。

图 6 Tricin能提高A53T转基因PD小鼠多巴胺和自噬标记物的水平,并可降低炎性细胞因子和 α-syn的水平。(A)用小鼠多巴胺(DA)ELISA试剂盒评估各组小鼠的血清多巴胺水平。(B) 用 UPLC-MS 分析小鼠大脑中的多巴胺水平。 (C) 按指示进行酶联免疫吸附试验检测炎症标记物。流式细胞术用于检测各组小鼠血清中炎症因子的表达。(D) 通过 Western 印迹分析各组小鼠纹状体中 LC3-Ⅱ、TH和 α-syn 的蛋白水平。条形图表示 LC3-Ⅱ、TH 和 α-syn 水平与 β-actin 的归一化。

研究人员在该研究中多次使用了购自AbMole的Tricin(苜蓿素,M5206),该产品是一种天然无毒的黄酮类化合物,可清除自由基,并具有抗炎和抗氧化活性。

研究人员将不同浓度的Tricin与 PC-12 细胞孵育,并通过 Western 印迹检测 p-AMPK/AMPK 和 p-P70s6K/p70s6K 的蛋白表达。结果显示,Tricin能以剂量依赖的方式显著降低 mTOR 底物 p70s6K 的磷酸化形式,而不改变总 p70s6K 的水平(图7A)。此外,它还增加了 p-AMPK 的表达,而不改变 AMPK 总形式的表达。为了进一步确认Tricin是否通过 AMPK-p70s6K 信号通路诱导自噬,研究人员在Tricin存在的情况下加入了 AMPK 抑制剂(compound C)(图 7B- C) ,发现虽然Tricin增加了细胞中 LC3-II、p-AMPK 和 GFP-LC3 点的表达水平,但compound C 的存在能抑制这些作用,证实Tricin能通过 AMPK-p70s6K 依赖性信号通路诱导自噬。

图 7 Tricin能激活AMPK-p70s6K 信号通路。(A) PC12 细胞经Tricin(0-80 μM)处理。然后收获细胞裂解液,分析 p-AMPK、总 AMPK、p-P70s6K 和总 p70s6K。磷酸化形式的 AMPK 和 p70s6K 的条带强度通过与相应的总形式进行归一化来量化。(B) PC12 细胞经 60 μM 的Tricin和 5 μM 的compound C(CC)处理 24 小时。条形图表示 LC3-II 与 β-actin和 p-AMPK 与总 AMPK 水平的归一化。(C)U87-GFP-LC3 稳转细胞用Tricin(60 μM)处理,同时添加或不添加 CC。然后用荧光显微镜分析细胞。

此外,H&E 染色显示,模型组的锥体细胞杂乱无章,有坏死细胞。而Tricin处理组(40 mg/kg和60 mg/kg)和左旋多巴组在CA1区和皮质区细胞的坏死细胞更少。在 WT 组中,Nissl 染色显示 CA1区和皮质区有清晰的胞浆染色和丰富的 Nissl 体。与 WT 组相比,模型组的 CA1 和皮质区显示出 Nissl 体的缺失。相比之下,Tricin处理组的锥体细胞胞浆中有更多的Nissl 体染色,表明Tricin能够改善 PD 转基因小鼠的病理学状态。

综上所述,类黄酮Tricin能通过AMPK-p70S6K和ATG7依赖途径增强自噬作用,加速α-syn降解,改善转基因小鼠的行为、学习和记忆能力,减少炎症细胞因子的过度释放,该实验对认知和运动障碍的进一步研究具有重要意义。

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鸣谢:Wang X, Hu W, Qu L, et al. Pharmacol Res. 2023 Oct;196:106874.

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