基本信息
- 项目名称：
- ATP诱导小胶质细胞凋亡研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 小胶质细胞作为CNS的吞噬细胞，其过度激活或凋亡参与了诸多神经系统损伤及变性病如中风、癫痫、帕金森氏病、阿尔茨海默病等的发生和发展，而其适度活化或抗凋亡可能对上述疾病具有保护和治疗作用。本项目证明，高浓度ATP可诱导BV-2小胶质细胞凋亡，而其P2X7R拮抗剂BBG明显阻断了此作用，产生抗小胶质细胞凋亡和保护作用。此结果的进一步拓展应用可为上述CNS疾病的干预提供理论依据，有广泛的应用前景。
- 详细介绍：
- 小胶质细胞约占中枢神经系统（CNS）胶质细胞的20%，作为CNS的吞噬细胞，其功能不可替代，几乎所有CNS病变均可激活小胶质细胞，如创伤、炎症、缺血及CNS退变性疾病，激活的小胶质细胞可吞噬异物、消除衰老病变细胞及分泌细胞因子等，促进CNS恢复，同时也可产生大量超氧阴离子、兴奋性氨基酸等神经毒性物质加重局部病理损伤。因此平衡小胶质细胞活化所发挥的生理作用、小胶质细胞过度活化所产生的病理损伤及小胶质细胞凋亡三者之间的关系是非常重要的。 1953年Holton等首次发现神经末梢能释放ATP，自此ATP作为一种神经递质开始被人们所认识。1972年英国科学家首次提出“嘌呤能神经递质”学说，即ATP作为神经递质释放至突触间隙，与相应的受体结合发挥作用，并将ATP类受体命名为嘌呤能受体。生理条件下，ATP通过核苷转运形式释放至突触间隙，选择性地作用于突触后P2嘌呤受体，参与递质调节、突触修饰和神经营养等生理功能。几乎所有CNS急慢性损伤如炎症、缺血及神经系统变性疾病均可引起局部神经元死亡，并释放出大量ATP，从而过度激活P2嘌呤受体，导致神经元死亡的进一步加重及小胶质细胞的过度活化，进而死亡。因此ATP作为CNS损伤的重要信号之一，在维持小胶质细胞功能方面发挥关键作用。细胞内释放的ATP既可激活小胶质细胞，又可对其造成毒性损伤，但目前细胞外ATP浓度与小胶质细胞活化或损伤之间的剂量关系并不明确，报道少见，因此本项目以BV-2小胶质细胞为研究对象，采用MTT法、流式细胞仪及western blot等方法探讨了不同浓度ATP（10μM~5mM）对小胶质细胞可能产生的影响，并进一步证明了可能参与的信号转导途径及主要受体亚型，以明确ATP与小胶质细胞作用之间的时间及剂量关系，为从ATP水平调节小胶质细胞功能而维持CNS稳定奠定基础。 本项目的研究结果显示：MTT法结果表明，低浓度ATP（10~50μM）对细胞存活率无明显影响，中高浓度ATP（100μM~5mM)对小胶质细胞有毒性损伤作用，且呈剂量依赖性。ATP3mM组细胞存活率为37%，与正常对照组相比明显降低，P<0.01。形态学和流式细胞仪结果显示，高浓度ATP诱导了BV-2小胶质细胞凋亡，ATP3mM组细胞凋亡率为22.47%，与正常对照组相比明显增加。P2X受体拮抗剂PPADS和P2X7受体拮抗剂BBG均有效阻断了ATP介导的细胞凋亡，其中BBG提高的细胞存活率占PPADS提高细胞存活率的77.5%，说明在P2X受体家族中，P2X7受体亚型可能在ATP介导的细胞凋亡中起主要作用。western blot结果显示，ATP介导的细胞凋亡与caspase-3激活有关，ATP3mM刺激小胶质细胞20min后，caspase-3即开始表达，60min表达达高峰，呈时间依赖性。 本项目研究结果证实，高浓度ATP与P2X7受体结合后，通过caspase-3信号转导途径诱导了BV-2小胶质细胞凋亡，而其P2X7受体拮抗剂BBG明显阻断了此作用，产生抗小胶质细胞凋亡和保护作用。此结果的进一步拓展应用可为某些CNS疾病的干预提供理论依据，为其治疗和预防提供新的靶点，有广泛的应用前景。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 小胶质细胞是中枢神经系统（CNS）的免疫活性细胞，当脑组织微环境发生变化时，小胶质细胞迅速做出反应，通过趋化、吞噬及释放细胞因子等对脑组织起重要调节作用。近年来研究发现，ATP是调节小胶质细胞活动的重要信号分子，脑损伤后释放大量ATP与其表面ATP受体结合调节小胶质细胞活动。本作品探讨不同浓度ATP及受体拮抗剂对BV-2小胶质细胞系的作用，为通过调节小胶质细胞而维持CNS内环境稳定提供理论依据。
科学性、先进性及独特之处
- 新近研究证明，ATP是CNS损伤的重要信号之一，小胶质细胞对CNS具有保护和损伤双重功效。细胞外ATP既可激活小胶质细胞，又可对其造成毒性损伤，但目前国内外有关细胞外ATP浓度与小胶质细胞活化或损伤之间的关系及其信号途径并不明确，因此本项目旨在探讨不同浓度ATP对小胶质细胞的作用及可能参与的信号转导途径及主要受体亚型，为从ATP水平调节小胶质细胞功能而维持CNS稳定奠定基础。
应用价值和现实意义
- 小胶质细胞作为CNS的吞噬细胞，其过度激活或凋亡参与了诸多神经系统损伤及变性病如中风、癫痫、帕金森氏病、阿尔茨海默病等的发生和发展，而其适度活化或抗凋亡可能对上述疾病具有保护和治疗作用。本作品的研究证明，高浓度ATP可诱导小胶质细胞凋亡，而其P2X7R拮抗剂BBG明显阻断了此作用，产生抗小胶质细胞凋亡和保护作用。此结果的进一步拓展应用可为上述CNS疾病的干预提供理论依据，有广泛的应用前景。
学术论文摘要
- 目的：探讨不同浓度ATP及其受体拮抗剂对BV-2小胶质细胞系的影响。方法：给予体外培养BV-2小胶质细胞不同浓度ATP及其受体拮抗剂，分别采用倒置相差显微镜、MTT、流式细胞仪及western blot方法检测细胞形态学改变、细胞存活率、凋亡率及细胞内caspase-3表达情况。结果：低浓度ATP对细胞存活率无明显影响，高浓度ATP对小胶质细胞有毒性损伤作用，且呈剂量依赖性。ATP3mM组细胞存活率为37%，与正常对照组相比明显降低，P<0.001。形态学和流式细胞仪结果显示高浓度ATP诱导了BV-2小胶质细胞凋亡，ATP3mM组细胞凋亡率为22.47%，与正常对照组相比明显增加。ATP受体拮抗剂BBG和PPADS有效阻断了ATP介导的细胞凋亡。ATP介导的细胞凋亡与caspase-3激活有关，ATP3mM刺激小胶质细胞20min后，caspase-3即开始表达，60min表达达高峰，呈时间依赖性。结论：细胞外高浓度ATP通过caspase-3信号转导途径诱导了BV-2小胶质细胞凋亡，ATP受体拮抗剂有效阻断了ATP介导的细胞凋亡。
获奖情况
- 校第五届大学生课外学术科技作品大赛 二等奖
鉴定结果
- 无
参考文献
- [1]P2X7 receptors in the nervous system. Prog Neurobiol,2006,78:327-46 [2]Purinergic systems in microglia. Cell Mol Life Sci,2008,65:3074-80 [3]The P2X7 purinergic receptor: from physiology to neurological disorders. FASEB J,2009,24:337-45 [4]Microglia and neuroprotection: from in vitro studies to therapeutic applications. Prog Neurobiol,2010,92:293-315
同类课题研究水平概述
- 小胶质细胞约占CNS胶质细胞的20%，作为CNS的吞噬细胞，其功能不可替代，几乎所有CNS病变均可激活小胶质细胞，如创伤、炎症、缺血及CNS退变性疾病，激活的小胶质细胞可吞噬异物、消除衰老病变细胞及分泌细胞因子等，促进CNS恢复，同时也可产生大量超氧阴离子、兴奋性氨基酸等神经毒性物质加重局部病理损伤。因此平衡小胶质细胞活化所发挥的生理作用、小胶质细胞过度活化所产生的病理损伤及小胶质细胞凋亡三者之间的关系是非常重要的。 ATP作为CNS神经递质自1953年开始被人们所认识，生理条件下，ATP释放至突触间隙，与ATP受体结合后，发挥突触修饰和神经营养等功能，脑损伤后，受损细胞释放出大量ATP，过度激活ATP受体，导致神经元死亡及小胶质细胞过度活化。因此ATP作为CNS损伤的重要信号之一，近年来备受关注。动物实验证明，大鼠玻璃体内注入ATP诱导了视网膜光感受器细胞凋亡；大鼠脑内注射ATP诱导了纹状体神经元死亡；大鼠体内注入P2X7受体拮抗剂BBG改善了创伤性脊髓损伤后的功能恢复；阿尔兹海默氏病、帕金森氏病、亨顿氏病及脑缺血等动物模型中，小胶质细胞表面P2X7受体表达均上调。体外实验证明，ATP抑制原代海马神经元轴突生长，诱导原代皮层神经元凋亡；小剂量ATP刺激原代小胶质细胞导致突起缩回、胞体变圆及P2X7受体表达增加。但细胞外ATP浓度与小胶质细胞活化或损伤之间的剂量关系目前并不明确，因此本作品旨在探讨不同浓度ATP（10μM~5mM）对小胶质细胞可能产生的影响，并进一步证明可能参与的信号转导途径及主要受体亚型，以明确ATP与小胶质细胞作用之间的时间及剂量关系，为从ATP水平调节小胶质细胞功能而维持CNS稳定奠定基础，为某些CNS疾病的治疗和预防提供新的靶点。 （具体参考文献见论文）
