在小鼠原代皮层神经元中比较损伤与保护

上海交通大学(Shanghai Jiao Tong University)与美国斯坦福大学(Stanford University)研究者在 2019 年报道,用小鼠原代皮层神经元研究异氟烷损伤,并比较铁死亡抑制剂 ferrostatin-1(Fer-1)的预处理作用。研究把抗氧化相关表达、线粒体状态与细胞死亡放在同一暴露条件下观察。

细胞取自胚胎第 15 或 16 天的 Swiss Webster 小鼠,在培养第 7 天处理。实验用 2% 异氟烷暴露 6 小时,以载气为参照;Fer-1 为 1 μM,在暴露前 1 小时加入,并设置相应溶剂对照。所有检测在暴露结束后立即进行。

这个设计能比较药物损伤和保护物在固定培养条件下的短时作用。它观察的是预防性干预,没有测试已发生损伤后再加入 Fer-1 的效果。

异氟烷暴露后,GPX4 转录与蛋白表达下降

研究首先检测谷胱甘肽过氧化物酶 4(glutathione peroxidase 4,GPX4)。这种酶参与脂质过氧化物的清除;作者据此把其变化与铁死亡机制联系起来。异氟烷暴露后,GPX4 转录量下降,与载气组比较的 p 值为 0.0035,蛋白免疫印迹也显示下降(p<0.01)。

转录检测以内参基因 GAPDH 归一,GAPDH 在 2 组间没有统计差异;蛋白检测按β-肌动蛋白(β-actin)归一。细胞染色还比较了 GPX4 阳性细胞占总细胞核的比例,结果同样降低。这些测量相互支持表达变化,GPX4 降低在损伤中的因果贡献仍需进一步确定。

预处理减轻细胞死亡,氧化应激和膜电位同向变化

细胞死亡以碘化丙啶(propidium iodide,PI)阳性细胞占 Hoechst 染色总细胞的比例估计。异氟烷增加了死亡,Fer-1 预处理则减轻死亡,主文将减轻幅度概括为约 50%。这一百分比没有同时列出计算分母或各组精确死亡率,因此不能换算成死亡率降低多少个百分点。载气条件下,Fer-1 本身未见可测的细胞毒性。

活性氧(reactive oxygen species,ROS)相关荧光在异氟烷组升高,Fer-1 预处理使其降低。载气条件下,加入 Fer-1 没有改变这项信号,说明观察到的变化依赖于本实验的损伤背景。

线粒体膜电位采用四甲基罗丹明乙酯(tetramethylrhodamine ethyl ester,TMRE)荧光检测。异氟烷使信号下降,Fer-1 预处理后大体保留;载气组加入 Fer-1 则未见显著变化。死亡、氧化应激和膜电位的同向结果,支持保护性作用的体外线索。

图中 n=12 来自 3 次实验的合并数据,每次每组 4 份样本。这里的 n 统计样本份数;结果以均值及均值标准误呈现,原文按分布选择相应统计检验。

异氟烷暴露及 ferrostatin-1 预处理后,小鼠原代皮层神经元的细胞死亡、活性氧和线粒体膜电位比较。

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异氟烷暴露及 ferrostatin-1 预处理后,小鼠原代皮层神经元的细胞死亡、活性氧和线粒体膜电位比较。(Yimeng Xia / Frontiers in Molecular Neuroscience, 2019, Figure 2;CC BY 4.0)

21% 供氧与 6 小时持续暴露的实验条件

研究在 21% 氧条件下培养,作者指出,这高于其引用的脑生理氧水平 1%–8%。较高供氧可能改变氧化应激和线粒体反应,因此保护幅度仍与实验环境有关。

持续 6 小时的单一异氟烷暴露,也不同于儿童临床中可能较短、结合多种麻醉或镇痛药的条件。

作者将 GPX4 表达下降与 Fer-1 的保护响应解释为铁死亡相关过程参与损伤的线索;研究未直接确定该过程对总死亡的贡献。

来源与延伸阅读

  1. Ferroptosis Contributes to Isoflurane Neurotoxicity. Frontiers in Molecular Neuroscience. 2019. doi:10.3389/fnmol.2018.00486 ↗