圖1:F344大鼠飼喂對照飼糧(F344)、HIV-1轉基因大鼠飼喂對照飼糧(TG)和添加BEX (TG+BEX)的HIV-1轉基因大鼠的能量消耗、體重和腦重。答:9個月以上的能耗。B:砍頭前的體重。C:濕腦重量。D:腦重量占體重的百分比。均值和標準差顯示,每組n=5。麵板B中標記的P值為單因素方差分析,* P <0.05為Bonferroni多重比較
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消殺龐小君Panee*
夏威夷大學馬諾阿分校約翰·伯恩斯醫學院細胞與分子生物學係,美國檀香山HI 96813, Ilalo Street 651 BSB 222*通訊作者:Jun Panee,夏威夷大學馬諾亞分校約翰·a·伯恩斯醫學院細胞與分子生物學係,651 Ilalo Street BSB 222,美國檀香山HI 96813,電話:+1-808-692 1521;傳真:+ 1-808-692 1970;電子郵件:junchen@hawaii.edu
艾滋病毒誘發神經炎症。我們研究了毛竹提取物對HIV-1轉基因(TG)大鼠海馬的抗炎作用。5隻1月齡TG大鼠和5隻Fisher 344 (F344)大鼠飼喂對照飼糧,另外5隻TG大鼠飼喂添加竹提取物(BEX, 11克幹質量/ 4057千卡)的對照飼糧。在9個月的飲食處理後,分析海馬組織中白細胞介素1β (IL-1β)、膠質纖維酸性蛋白(GFAP)、電離鈣結合適配器分子1 (Iba1)的基因和蛋白表達,以及蛋白p65和c-Jun的表達。與F344大鼠相比,TG大鼠GFAP和c-Jun蛋白表達顯著升高,IL-1β mRNA和蛋白水平顯著升高。BEX可顯著降低TG大鼠GFAP、p65和c-Jun蛋白表達,並有降低IL-1β蛋白表達的趨勢。與TG大鼠相比,TG+BEX大鼠也下調了IL-1β和TNFα的mRNA水平。綜上所述,膳食補充BEX可有效消除TG大鼠海馬內NFκB和AP-1通路介導的神經炎症。
艾滋病毒;海馬狀突起;神經炎症;竹子植被類型提取;NFκB;AP-1
神經炎症是神經障礙的一個致病因素,如hiv相關癡呆[1],阿爾茨海默病[2]和帕金森病[3]。這種炎症通常是小膠質細胞和星形膠質細胞長時間激活的結果,以及隨後釋放的促炎細胞因子和活性氧(ROS)。小膠質細胞和星形膠質細胞都可以被HIV感染,並作為病毒[4]的宿主。在HIV和SIV感染期間,在[5]感染數天後觀察到中樞神經係統(CNS)的急性炎症反應,在HIV相關神經認知障礙(HAND)患者中發現的神經炎症比沒有[6]的患者更嚴重。在受HIV感染的大腦中,海馬區比小腦皮層和中額葉皮層灰質[7]攜帶更高的HIV病毒載量,表達高水平的HIV趨化因子共受體,促進神經元損失和膠質細胞增生[8],並遭受比額葉皮層[9]更大的免疫反應性神經元損失。海馬體也是大腦中抗病毒治療[10]的主要炎症部位,因為炎症(由CD68表達指示)似乎沒有通過HAART緩解,正如在基底神經節[4]所見。
NFκB是一種促炎轉錄因子,可調節400多個基因的表達,可被多種刺激激活,如促炎細胞因子、病毒和病毒蛋白[11]。NFκB活性異常參與了慢性炎症和神經退行性疾病的發病機製。NFκB由五個亞基組成:RelA (p65), RelB, c-Rel, NFκB1 (p50/105)和NFκB2 (p52/p100), p50-p65異二聚體是NFκB複合體中最豐富的功能[12]。
AP-1是另一種誘導促炎轉錄因子,由Fos家族、Jun家族和ATF家族組成。c-Jun是AP-1的主要成分,其基礎表達可在腦[13]的許多細胞類型和隔室中檢測到。在阿爾茨海默病和腦缺血[14]中發現c-Jun表達增加誘導的中樞神經係統細胞死亡。
炎症因子白細胞介素1β (IL-1β)和腫瘤壞死因子α (TNFα)可被NFκB和AP-1轉激活,它們一旦分泌,通過受體進一步刺激NFκB和AP-1激活,形成正反饋循環。星形膠質細胞和小膠質細胞都能釋放IL-1β和TNFα[15],據報道,IL-1β在HIV患者[16]的大腦中增加。這些細胞因子的慢性釋放通過ROS的產生和鈣的流入,以及通過增加腦中的單核細胞浸潤,導致神經元損傷[17]。
從竹子中提取的各種提取物已被用於中醫治療疾病,包括炎症。植被類型也被稱為毛竹或Moso,是世界上生長最快的植物之一。的葉子p .雞蛋果是竹材工業的副產品,中國已經開發出一種專利程序,利用這種“工業廢料”生產竹提取物(BEX)。在我們之前的研究中,我們已經證明BEX作為一種膳食補充劑可以減少肥胖小鼠外周循環的炎症,並減少焦慮[18,19],而BEX的抗炎作用部分是通過抑製NFκB和AP-1[20]的激活來介導的。
HIV-1轉基因大鼠是一種用於hiv -神經-艾滋病研究的動物模型。這些大鼠組成性表達7種HIV病毒蛋白(vpr, env, nef, vif, vpu, rev,和tat),神經炎症,IL-1β, TNFα和NFκB上調,已報道在均質腦半球[21]中。在本研究中,我們專門檢查了TG大鼠海馬區的炎症狀態,並評估了BEX的抗炎作用。
竹葉萃取物(咳嗽)
本研究中使用的BEX由Golden Basin LLC (Honolulu, HI)提供。由中國湖南金盆生物技術有限公司通過專利程序生產(中國發明專利,CN 1287848A)。這種BEX在美國作為一種膳食補充劑可以在市場上買到。產生BEX,小枝植被類型不超過2英尺的水清洗和風幹,研磨和注入70-90%乙醇兩次。乙醇提取物用真空濃縮。最終產品含有46%的水分,幹質量含有53毫克/克多酚,3毫克/克脂肪,67毫克/克總糖,233毫克/克蛋白質。
動物和飲食治療
10(10)隻一個月大的HIV-1 NL4-3 gag/pol轉基因(TG)大鼠和5隻遺傳背景對照Fisher 344 (F344)大鼠從Harlan公司(印第安納波利斯,IN)購買,並安置在夏威夷大學的實驗動物服務設施。這些大鼠維持12小時的明暗交替作息。食物和水是可以獲得的隨意.每周監測體重和食物攝入量。實驗程序得到了夏威夷大學動物保護和使用機構委員會(IACUC)的批準。
馴化1周後,5隻F344大鼠和5隻TG大鼠飼喂標準(對照)飼糧,另外5隻TG大鼠飼喂在標準飼糧中添加11 g幹質量/ 4057 Kcal, 1% w/w的BEX。兩種飲食都是從研究飲食(New Brunswick, NJ)購買的。膳食成分已在我們以前的出版物[18]中報道過。
樣品製備
這些老鼠在CO中被安樂死2當他們10個月大的時候。測量整個大腦的重量,將海馬體在冰上解剖並保存在-80°C。然後將海馬組織在幹冰上碾碎。另一部分粉末在PBS中超聲(用於western blot的樣品除外,如下所述),在4°C下18000 × g離心10分鍾,收集上清。用Bradford法(BioRad,目錄No. 500-0205)測定上清液的蛋白質濃度。樣品保存在-80°C,直到測定。
化學和儀器
除非另有說明,本研究中使用的所有化學品均從西格瑪(St. Louis, MO)購買。HNE-His ELISA檢測使用來自Molecular Devices (Sunnyvale, CA)的SpectraMax 340。western blot使用來自BioRad (Hercules, CA)的蛋白質電泳係統、奧德賽紅外成像係統和奧德賽應用軟件3.0版本(Li-Cor Biosciences, Lincoln, NE)。real - time PCR中使用的是Light cycler 480 II (Roche Applied Science, Indianapolis, IN)。
免疫印跡
海馬組織粉在1M Tris (pH 7.5)膜裂解緩衝液中超聲,緩衝液中含有1M NaCl、1% Trition X-100、5mm EDTA、蛋白酶抑製劑和磷酸酶抑製劑。在18000 × g, 4℃離心10 min後收集上清。用Bradford法測定蛋白質濃度。一抗山羊抗iba1 (sc-28528)、兔抗c- jun (sc-1694)和兔抗il -1β (sc-7884)購自Santa Cruz (Dallas, TX),兔抗gfap (ab7260)和兔抗nf - κ b p65 (ab7970)購自Abcam (Cambridge, MA);二抗體購自LiCor (Lincoln, NE)。其他的western blot方法在我們之前的出版物[22]中有詳細的報道。
定量實時聚合酶鏈反應
使用Trizol (Invitrogin, Grand Island, NY)從海馬中提取總RNA,並使用RNeasy迷你試劑盒(Qiagen, Valencia, CA)進行清理。用於cDNA合成的逆轉錄試劑盒來自應用生物係統公司(福斯特城,CA)。SABiosciences SYBR®采用綠色(PA- 010-24)試劑盒進行定量PCR。以下引物序列來自Roche Applied Science通用探針庫,由Integrated DNA Technologies (Coralville, IA)合成:β-actin (actin)正向:cccgcgagtacaaccttct,反向:cgtcatccatggcgaact;GFAP正向:tttctccaacctccagatcc,反向:gaggtggccttctgacacag;電離鈣結合適配器分子1 (Iba1)正向:ccgaggagacgttcagttactc,反向:tggcttctggtgttctttgtt;白介素1β (IL1β)正向:tgtgatgaaagacggcacac,反向:cttcttctttgggtattgtttgg;腫瘤壞死因子α (TNFα)正向:tgaacttcggggtgatcg,反向:gggcttgtcactcgagtttt。反應在四副本中進行。
統計分析
使用Prism 5 (GraphPad Software Inc., La Jolla, CA)進行統計分析。圖1采用單因素方差分析和Bonferroni多重比較檢驗,圖2-4采用Mann Whitney檢驗、Kruskal Wallis檢驗和Dunn’s post-hoc檢驗分析均值之間的差異。用線性回歸分析圖2中的相關性。P <0.05認為差異有統計學意義。
能量消耗,身體和大腦的重量
每周記錄能量消耗和體重,持續30周。當每周記錄平均時,3組之間沒有觀察到能量攝入差異(圖1A)。研究結束時(大鼠42周齡),三組的平均體重有差異(p=0.0053,單因素方差分析,圖1B),即TG和TG+BEX大鼠明顯輕於F344大鼠(-12.6%,TG vs. F344, -12.4%, TG+BEX vs. F344, p<0.05, Bonferroni’s事後分析)。濕腦重和腦重與體重之比在三組間均無差異(圖1C和D)。
HIV-1轉基因誘導的神經膠質激活及其被BEX衰減
為了研究HIV-1轉基因誘導的海馬區炎症,我們檢測了星形膠質細胞標記物(GFAP)和小膠質細胞標記物(Iba1)的表達。對照組TG大鼠的GFAP蛋白水平較F344大鼠增加了近7倍(圖2A和2B, p=0.0079, Kruskal-Wallis檢驗)。添加BEX可顯著抑製GFAP的增加(p<0.05, Dunn’s事後檢驗),結果F344大鼠和TG+BEX大鼠GFAP蛋白水平相似。相反,GFAP mRNA水平在3組間無差異(圖2E)。
圖2:F344大鼠飼喂對照飼料(F344)、HIV-1轉基因大鼠飼喂對照飼料(TG)和添加BEX (TG+BEX)的HIV-1 TG大鼠海馬中膠質纖維酸性蛋白(GFAP)和電離鈣結合連接分子1 (Iba1)的蛋白和基因表達A: GFAP, Iba1和加載對照β-actin的Western blot圖像。B: GFAP蛋白表達的相對定量。C: Iba1蛋白表達的相對定量。D: GFAP與Iba1蛋白水平的相關性。E: GFAP相對mRNA表達。F, Iba1相對mRNA表達量。均值和標準差顯示,每組n=5。圖B和C中標記的P值來自Kruskal-Wallis檢驗;D組的數據來自線性回歸。 #p<0.05, Dunn’s multiple comparison test; *p<0.05, Mann Whitney test. For western blot, all samples were run on the same gel.
與F344大鼠相比,對照組TG大鼠Iba1蛋白表達顯著降低(-92.5%,p=0.003),而添加BEX的TG大鼠Iba1蛋白表達增加了近40倍(p=0.016),如圖2A和2C所示。有趣的是,當收集所有樣本的數據時,GFAP和Iba1的蛋白表達呈很強的負相關(圖2D, r=-0.92, p<0.0001)。三組間Iba1 mRNA表達無差異(圖2F)。
HIV-1轉基因誘導的細胞因子上調及其通過BEX的降低和正常化
如圖3A和3B所示,對照組TG大鼠的IL-1β蛋白水平是F344大鼠的1.4倍(p<0.05, Dunn’s post-hoc),這一增量通過BEX的補充得到正常化,與對照組TG大鼠相比,TG+BEX大鼠的IL-1β表達降低了37% (p=0.056, MannWhitney檢驗)。F344組和TG+BEX組IL-1β水平具有可比性。IL-1β mRNA水平也發生了類似的變化(圖3C),即在TG組大鼠中IL-1β mRNA水平最高,比F344組高90% (p=0.016, Mann-Whitney檢驗),比TG+BEX組高170% (p<0.01, Dunn’s post-hoc)。TG+BEX大鼠IL-1β mRNA水平低於F344大鼠(-38.4%,p=0.03, Mann Whitney檢驗)。當檢測TNFα mRNA表達量時(圖3D),對照組TG大鼠的TNFα mRNA表達量高於TG+BEX大鼠(+113%,p=0.03, MannWhitney 's檢驗,圖3D)。
圖3:F344大鼠飼喂對照飼料(F344)、HIV-1轉基因大鼠飼喂對照飼料(TG)和HIV-1轉基因大鼠添加BEX (TG+BEX)海馬組織中白細胞介素-1β (IL-1β)和腫瘤壞死因子α (TNFα)的蛋白和基因表達A: IL-1β和負荷控製β-肌動蛋白的Western blot圖像。B: IL-1β蛋白表達的相對定量。C: IL-1β mRNA的相對定量表達。D: TNFα mRNA的相對定量表達。均值和標準差顯示,每組n=5。麵板B和C的P值來自Kruskal-Wallis檢驗。#p<0.05, Dunn多重比較檢驗;*p<0.05, Mann Whitney檢驗;^p=0.056,曼惠特尼檢驗。 For western blot, all samples were run on the same gel.
HIV-1轉基因誘導的轉錄因子上調及其由BEX正常化
為了了解細胞因子的轉錄調控,我們測量了p65 (NFκB的亞基)和c-Jun (AP-1的亞基)的蛋白表達(圖4)。p65蛋白表達水平在三組之間存在差異(p=0.038, Kruskal Wallis檢驗),與對照組TG大鼠相比,TG+BEX大鼠的p65蛋白表達水平顯著降低(-42.6%,p<0.05, Dunn’s hoc,圖4B)。c-Jun蛋白表達在三組間也存在差異(p=0.02, Kruskal Wallis檢驗,圖4C),對照組TG大鼠的c-Jun表達顯著高於F344大鼠(+40.4%,p=0.016, Mann-Whitney檢驗)和TG+BEX大鼠(+113%,p<0.05, Dunn’s posthoc)。而F344組和TG+BEX組的p65和c-Jun蛋白水平相似。
圖4:F344大鼠飼喂對照飼糧(F344)、HIV-1轉基因大鼠飼喂對照飼糧(TG)和添加BEX (TG+BEX)的HIV-1轉基因大鼠海馬組織中p65和c-Jun蛋白的表達A: p65, c-Jun和加載對照β-actin的Western blot圖像。B: p65蛋白表達的相對定量。C: C - jun蛋白表達的相對定量。均值和標準差顯示,每組n=5。麵板B和C的P值來自Kruskal-Wallis檢驗。#p<0.05, Dunn多重比較檢驗;*p<0.05, Mann Whitney檢驗。在western blot中,所有樣品都用同一種凝膠進行檢測。
在hiv感染患者[4]和動物模型中都有星形膠質細胞增生的報道[23,24]。我們發現TG大鼠海馬中GFAP蛋白表達增加,這與在HIV患者[4]中觀察到的海馬炎症一致。然而,使用相同的動物模型,Rao等人[21]報告TG大鼠左半球GFAP的mRNA和蛋白水平沒有變化。這種差異可能是由於以下原因:(1)年齡差異,Rao et al.[21]研究的大鼠比我們研究的小1-3個月;(2) Rao et al.[21]使用細胞質部分進行western blot,而我們使用膜裂解緩衝液提取蛋白質,該緩衝液可能釋放分隔化的蛋白質;(3) Rao et al.[21]研究了多個大腦區域的聯合效應,而我們隻關注一個確定的區域。Rao等[21]報道IL- 1β、TNFα和NF-κ b亞基p50的mRNA和蛋白水平升高,這與我們的觀察結果一致。另一個研究小組也使用該動物模型進行炎症研究,他們報告了額葉皮層和皮層下白質中TNFα、IL-1β和GFAP的蛋白水平上調,暗示除了海馬體[24]外,其他大腦區域也存在神經炎症。
Iba1作為一種常用的小膠質細胞激活標記物,在[25]艾滋病毒腦炎患者的中樞神經係統中,以及在gp120治療的大鼠脊髓[26]和尾殼核[27]中,Iba1表達增加。4 ~ 5月齡HIV-1 TG大鼠海馬和新皮層Iba1陽性小膠質細胞數量均增加,且海馬較新皮層變化更明顯;這些細胞也顯示出豐富的分支和過程和膨脹的細胞質,提示激活狀態[28]的可能性。然而,我們的研究顯示,在TG大鼠的海馬區Iba1表達降低。與我們的發現一致,Rao等人[21]也報道了在7個月大的HIV-1 TG大鼠的海馬中,與對照[21]相比,iba1陽性的小膠質細胞顯示出較低的喬木複雜度和約50%的縮短過程。因此,我們的研究發現海馬Iba1表達的減少可能與HIV- 1 TG大鼠iba陽性小膠質細胞的形態變化有關。此外,Cerbai等[29]的研究表明,與成年(3月齡)大鼠相比,成年(22月齡)大鼠海馬CA1輻射層中iba1陽性反應小膠質細胞的數量顯著減少,而靜息小膠質細胞的數量保持不變[29],提示小膠質細胞激活具有年齡依賴性。在我們的研究中,HIV-1 TG大鼠是10個月大,這些大鼠潛在的過早衰老可能至少部分導致了海馬區Iba1的減少。有趣的是,Cerbai et al.[29]也顯示了凋亡神經元[29]周圍的小膠質細胞和星形膠質細胞的空間相互作用,這可能是我們研究中發現的GFAP和Iba1蛋白水平負相關的潛在解釋。
我們之前的研究表明,BEX抑製脂毒條件下NFκB和AP-1的激活[20],並預防肥胖誘導的外周循環炎症[19]。生物活性引導的分餾結果顯示,BEX[30]中的抗炎化合物中含有黃酮類化合物如tricin和7- o甲基tricin。在本研究中,BEX抑製了HIV-1 TG大鼠海馬組織中IL1β mRNA和蛋白水平的升高,同時降低了p65和c-Jun蛋白水平,提示抑製了NFκB和AP-1通路。有報道稱PPARγ上調可減弱NFκB和AP-1信號[31],有趣的是,我們的研究尚未發表在體外結果表明,BEX能夠增強PPARγ基因的表達。NFκB的激活也與GFAP[32]的上調有關,這也解釋了HIV-1 TG大鼠海馬區GFAP過表達以及BEX的保護作用。最後,HIV病毒基因的轉錄激活需要NF-κB結合p50/p65和c-Jun在長末端重複序列(long terminal repeat, LTR)[33]上,BEX是否可以通過抑製NF-κB活性來降低HIV病毒的複製,有待進一步研究。
由於BEX抑製了TG大鼠海馬中多種蛋白的表達,因此BEX有可能導致海馬萎縮,這一觀點仍有爭議。為了排除這種可能性,我們還在終點前2個月使用改良Morris水迷宮[34]評估了大鼠的空間學習能力(與海馬功能密切相關)。我們發現,經過2周的訓練後,TG大鼠找到隱藏平台的時間比F344大鼠多2.4倍,而補充BEX使TG大鼠找到隱藏平台的時間縮短了36%(補充圖1)。這一結果表明,補充BEX似乎改善了海馬功能,因此不應引起海馬萎縮。
綜上所述,本研究證實了HIV-1 TG大鼠海馬區存在神經炎症,其表現為GFAP和IL1β表達水平升高,而膳食中添加BEX可通過抑製NF-κB和AP-1信號通路有效消除這種炎症狀態。
作者宣稱不存在利益衝突。
XP進行實驗,分析和解釋數據,起草和修改手稿。JP設計了這項研究,解釋了數據,並對手稿進行了嚴格的修改。
本研究由NIH資助R21 AT005139, R21AT003874, G12MD007601 (RCMI/ BRIDGES)和R24 PAR09-011 (DIDARP)。它的內容完全是作者的責任,並不一定代表NIH的官方觀點。
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文章類型:研究文章
引用:Pang X, Panee J(2016)毛竹提取物對HIV-1轉基因大鼠海馬的抗炎作用。J HIV艾滋病2(3):doi: http://dx.doi.org/10.16966/2380-5536.126
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