Bharathi等采用150μmol/L和400μmol/L的麦芽酚铝分别诱导PC12细胞和SH-SY5Y细胞24h,二者细胞内线粒体膜电位显著降低,ROS水平和细胞凋亡率显著升高,同时SH-SY5Y细胞内p-ERK、Aβ1~42、Bax、Caspase-3、Caspase-9、Caspase-12、NF-κB、TNF-α、IL-6和IL-1β等指标均显著升高。Wang等采用500μmol/L的麦芽酚铝分别诱导PC12细胞和SH-SY5Y细胞48h,二者细胞凋亡率和细胞内LDH释放率、ROS水平、MDA含量均显著升高,Bax、Caspase-3和细胞色素C(胞浆)表达水平也均显著升高,SOD和GSH-Px活性均显著降低,扫描电镜可见凋亡小体明显增多。
此模型适用于筛选抗铝神经毒性的药物。遗憾的是,铝剂诱导的AD模型不能模拟Tau蛋白磷酸化过程。此外,在铝剂诱导的AD体内模型中,造模过程较长(一般为数月)。因此,在体外模型中实际上也需要关注铝剂诱导时间对实验结果的影响。
(七)过氧化氢诱导剂与建模实例
过氧化氢(hydrogenperoxide)是一种强氧化剂。自由基假说认为,物理或化学诱因导致的ROS(包括H2O2、O2-、OH等)过度积累,会打破氧化还原稳态,进一步诱发脂质过氧化反应,将自由基反应放大,从而导致细胞结构和功能损伤,最终造成神经元凋亡。自由基引起的氧化应激与AD的发病进程密切相关,目前已经成为研究的焦点之一。
Kushairi等采用250μmol/L的H2O2诱导HT22细胞6h,细胞存活率显著下降,ROS含量显著升高,线粒体膜电位显著降低,GSH和ATP水平显著降低,Bax、Caspase-3、Nrf2表达水平明显升高,NQO1和HO-1表达水平明显降低。Liu等采用200μmol/L的H2O2诱导PC12细胞24h,细胞存活率下降,凋亡率上升,Bcl-2表达降低,Bax、Caspase-3和Caspase-9水平显著增加。Huang等采用200μmol/L的H2O2诱导SHSY5Y细胞24h,细胞存活率显著下降,LDH泄漏率显著升高,ROS含量显著升高,Bax、Caspase-3表达水平明显升高。
此模型适用于筛选抗神经氧化损伤的药物。但氧化应激损伤广泛介导各种神经系统疾病,因此筛选出的药物在抗AD的靶向性和有效性方面需要进一步深入研究。
(八)其他建模实例
近年来,有研究人员采用多种诱导剂联用来构建AD体外模型。如Wei等和魏恒云等均采用25μmol/L的Aβ25~35和10mmol/L的D-gal联合作用于PC12细胞48h。细胞凋亡率明显升高,Caspase-3、Caspase-8、Caspase-9表达显著升高,细胞色素C(胞浆)释放明显增加,SOD活性和GSH含量显著下降,镜下可见细胞聚集、核固缩和碎裂等现象。Buendia等采用1μmol/L的Aβ25~35和3nmol/L的OA联合作用于SH-SY5Y细胞20h,细胞存活率显著降低,细胞核固缩与轴突回缩,微管结构被破坏,导致Tau过度磷酸化与Aβ聚集。这些复合模型可更好地模拟AD特征,也为相关研究提供了更多的选择。
造模剂的选择一般是基于AD现有的某种AD发病假说的,而细胞系的选择是多样的(图3-2-2)。常见检测指标包括细胞存活率、细胞凋亡率、LDH泄漏率、Ca2+水平、线粒体膜电位、炎症因子(IL-1β、TNF-α、PGE2、IL-6等)、凋亡相关蛋白(如Caspase-3、Caspase-8、Caspase-9、Bcl-2、Bax)和氧化应激指标(如ROS、SOD、CAT、MDA、GSH、GSH-Px)等,非Aβ诱导时还可检测Aβ水平,OA诱导的体外模型可另外检测Tau不同位点磷酸化水平。
值得注意的是,不同造模剂的具体配制方法、造模浓度和作用时间在实际应用中差别很大,不同文献报道不尽相同,即使是相同细胞系也存在一定差异,这可能与不同研究者实验室所用细胞的反应敏感程度有关。因此研究人员需要在实际实验中建立剂量/时间-作用曲线进一步确定。
二、新型AD体外模型
近年来,新型AD体外模型层出不穷。总结发现,这些新模型在技术手段和细胞类型上各具优势。通过运用基因改造、荧光成像、新式细胞培养、神经网络信息技术等新方法可以更好地模拟AD病理和分子层面的变化,有利于相关指标的观察与检测,但同时也存在操作要求高、费用昂贵等缺点。现将近年来部分新型AD体外模型报道情况总结如下(表3-2-1和表3-2-2),便于科研人员追踪前沿动态。
新型AD体外模型发展迅速,在各方面多有创新。尽管其优势明显,但模型构建的成本相对较高,短时间内不能大范围推广和普及。未来一段时间内,传统“诱导型”体外造模仍会是主流的实验方法。但单一诱导剂有时候并不能全面地模拟AD的相关病理特征,因此复合模型的构建可能是解决这一问题的有力手段之一。
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