VPA解除Met对大鼠皮质神经元GAD表达的抑制.doc

VPA解除Met对大鼠皮质神经元GAD表达的抑制 【摘要】 目的 研究丙戊酸(VPA)、蛋氨酸(Methionine，Met)对大鼠皮质神经元谷氨酸脱羧酶(GAD)表达的影响，探讨VPA对精神分裂症的治疗作用。方法 采用原代培养技术分组培养大鼠皮质神经元，收集细胞、制备GAD粗酶提取液，用比色法测定粗酶提取液GAD活力；分析空白组（无血清培养液）、Met组（无血清培养液含终浓度为2mM的Met培养3天后换以无血清培养液）、VPA组（无血清培养液含终浓度为2mM的Met培养3天后换以终浓度为0.5mM的VPA 无血清培养液）的GAD活性。结果 Met组GAD平均酶活力明显低于空白组，差异有统计学意义，而VPA组的GAD平均酶活力接近于空白组，差异无统计学意义。结论 蛋氨酸抑制大鼠皮质神经元表达GAD，降低GABA的合成；VPA促进皮质神经元表达GAD，可以使被Met抑制的GAD恢复到正常水平。 【关键词】 丙戊酸；蛋氨酸；谷氨酸脱羧酶；精神分裂症 Valproate renew GAD expression which had been inhibited by methionine in mouse primary cortical cultures 【Abstract】 Objective To study valproate and methionine(Met) regulate glutamic acid decarboxylase (GAD) expression in mouse primary cortical cultures nouron，investigate the mechanism of the VPAs function in the treatment of schizophrenia.Methods Adopting primary cortical cultures technique cultures neuron，collecte cells，lysis cells，use colorimetric method to measure GAD activities；analyse GAD activities of the vacancy group（serum-free DMEM），the Met group（cultures were incubated with Met at a final concentration of 2 mM in serum-free DMEM for 3days，after that change it with serum-free DMEM），and the VPA group（cultures were incubated with VPA at a final concentration of 2 mM in DMEM after that incubated with Met at a final concentration of 2 mM in serum-free DMEM for 3days）.Results In the Met group the average activities of GAD is obviously lower than the other two group，the difference has statistical meaning. In the VPA group the average activities of GAD is approach to vacancy group，the difference hasnt statistical meaning.Conclusion The methionine inhibits the cortical neuron express GAD，decreases GABA synthesize. The VPA promotes the cortical neuron expression GAD，and renews GAD expression which had been inhibited by Met in mouse primary cortical cultures. 【Key words】 valproate；methionine；glutamic acid decarboxylase（GAD）；schizophrenia 增加蛋氨酸（Methionine，Met）的摄入量，会造成近百分之七十的精神分裂症（schizophrenia，SZ）患者症状恶化1。有学者认为的大量摄入Met引起大鼠体内活性甲基供给体S-腺苷同型半胱氨酸（SAM）增加，SAM使谷氨酸脱羧酶(glutamic acid decarboxylase.GAD)等基因启动区甲基化修饰，引起GAD等基因表达降低2。在美国医生普遍使用丙戊酸(valproic acid，VPA）辅助治疗SZ。2001年Christopher3发现VPA能抑制组蛋白去乙酰基酶（Histone Deacetylase，HDACs)的活性，从而诱导基因表达。笔者通过原代培养技术培养大鼠皮质神经元，并在培养液中先后加入Met、VPA，然后用Berthelot4 反应测定不同组别的皮质神经元裂解液的GAD相对酶活性。如果Met 能抑制GAD基因表达，将使皮质神经元中GAD的相对酶活性降低，而如果VPA能诱导GAD基因表达，将使GAD恢复到正常水平。 1 材料与方法 1.1 试剂 多聚左旋赖氨酸，N2添加剂(100的成分: 牛胰岛素500g/ml，人转铁蛋白10000g/ml，黄体酮0.63g/ml，硒0.52g/ml，腐胺 1611g/ml，Gibco)，基础培养液（DMEM、碳酸氢钠、青霉素、链霉素），胎牛血清，兔抗GABA 血清(1600)，羊抗兔IgG (140)，免疫组织化学试剂盒，Met、Gly 标准品，苯甲基磺酰氟(PMSF)，非变性条件下裂解细胞的裂解液（pH 7.0的20mM Tris，150mM NaCl，1% Triton X-100，焦酸钠，-甘油磷酸，EDTA，Na3VO4，等），GABA (纯度99.9 %)，5-磷酸吡哆醛(PLP)，L-谷氨酸钠 (L-MSG)，次氯酸钠，Folin酚试剂，牛血清白蛋白，巯基乙醇，重蒸酚，无水乙醇等。 1.2 动物 孕期1618天清洁级SD大鼠，由郑州大学动物中心提供。 1.3 方法 1.3.1 大鼠皮质神经元分组培养 大鼠皮质神经元的体外培养参照陈丽敏5 完全培养液组的培养方法。以5105/孔的数量接种大鼠皮质神经元于多聚左旋赖氨酸处理过的24孔培养板。以新配制的完全培养液(基础培养液+N2添加剂+10%胎牛血清)培养细胞，3天后换以无血清培养液（基础培养液+N2添加剂）分组继续培养。实验分三组，每组8个孔:空白组，无血清培养液；Met组，无血清培养液含终浓度为2mM的MET，培养3天后换以无血清培养液；VPA组，无血清培养液含终浓度为2mM的Met，培养3天后换以终浓度为0.5mM的VPA的无血清培养液。将细胞放置于温度37、体积分数为5%CO2、饱和湿度的CO2培养箱中培养。分组培养6天后将细胞用于各类实验。 1.3.2 GABA能神经元的免疫细胞化学(PAP法)鉴定 培养细胞用4%多聚甲醛固定，0.2% Triton X-100和0.03% H2O2/甲醇溶液于室温下处理30min，羊血清蛋白(150)37 1h，经兔抗GABA血清(1600)4孵育72h，再经羊抗兔IgG(140)37 1h，兔抗PAP复合物(140)37 1h，用DAB 4HCl/H2O2(0.05%/0.01%)呈色35min，贴片、脱水、透明及封片。上述每步骤间均用PBS充分洗涤，光镜下观察。 1.3.3 谷氨酸脱羧酶活性的测定 （1）粗酶提取液的制备：去除培养液，用PBS、生理盐水（含最终浓度为1mM的PMSF）洗一遍细胞。每孔加入100l非变性条件下裂解细胞的裂解液。用枪吹打数下，使裂解液和细胞充分接触。裂解液接触细胞2s后，细胞就会被裂解。于4000r/min 下离心5min，得到的上清液即为粗酶液。裂解细胞的所有步骤都在冰上进行。采用Lowry 法测定蛋白质浓度后，用磷酸盐缓冲液稀释到3g蛋白/L。冰箱短时间保存备用。（2）采用比色法测定粗酶提取液谷氨酸脱羧酶的活性：取0.2ml 50mmol/L的磷酸缓冲液(pH 6.8)，其中含5mmol/L L-MSG及0.2mmol/L 的PLP，加入0.1ml 待测粗酶提取液和0.1ml 蒸馏水（对照组加入0.1ml 2mM的Met，实验组加入0.1ml 2mM的Gly），于37水浴中保温30min；迅速置于冰浴中止反应，加入0.2ml 0.2mmol/L pH 9.0 的硼酸缓冲液，1ml 6%的重蒸酚溶液，0.4ml次氯酸钠溶液，充分振荡；沸水浴10min 后，冰浴20min不断振荡，直至有蓝绿色化合物出现，然后加入2ml 60%的乙醇于645nm 下比色。以已知浓度的GABA 作对照。在上述测定条件下，以每分钟生成1mol 的GABA 所需的酶量为一个酶活单位(U)。每组测定同时做3次重复，求平均值。 1.3.4 统计学方法 全部数据以（xs）表示，采用SPSS10.0 统计软件，平均数比较采用单因素方差分析，以P0.05为差异有显著性。 2 结果 2.1 培养细胞的观察 于种植完全培养液3天后，于倒置显微镜下观察可见大部分细胞贴壁，神经元约占据培养板面积的2/3 左右，胞体以呈椭圆形和三角形者占多数，部分细胞胞体为多角形，多数神经元长出2个以上的突起，并与邻近神经元的胞体或突起形成接触，90% 以上胶质细胞死亡浮起，表明大鼠皮质神经元的体外培养成功；分组继续培养6天后各组神经元胞体继续增大，突起长度及数量继续增加，基本铺满培养板，胶质细胞极少，表明在加入Met和VPA分组后大鼠皮质神经元生长正常。随机取20个视野(200，0.44mm2/视野)，计数每个视野中胞体折光性好、长出突起、生长状态良好的细胞，比较各组的存活细胞数。结果列于表1，表明不同组别细胞存活数没有差别（P>0.05），说明Met在2mM的浓度范围内、VPA在0.5mM的浓度范围内均不影响神经元的生长。 表1 不同组别细胞存活数、GABA阳性细胞数及谷氨酸脱羧酶相对酶活性的比较 (xs) 注:aF=0.13，P0.05；bF=1.41，P0.05；cF=57.807，P0.05，n=8 2.2 GABA能神经元细胞数的比较 用免疫细胞化学反应显示不同组别的细胞均主要是GABA能神经元(84%左右)。实验组免疫反应阳性的神经元所占比例与其他两组相比差异无显著性(数据见表1)。说明在下一步实验中裂解细胞获得的粗酶提取液三组均主要来源于GABA能神经元。 2.3 谷氨酸脱羧酶活性的测定 酶活性测定结果列于表1，可以看出空白组和VPA组酶活性没有差别，Met组的酶活性明显低于上两组。说明蛋氨酸抑制大鼠皮质神经元表达GAD，降低GABA的合成；VPA促进皮质神经元表达GAD，可以使被Met抑制的GAD恢复到正常水平。 3 讨论 培养细胞的观察表明不同组别细胞存活数没有差别，说明Met在2mM的浓度范围内、VPA在0.5mM的浓度范围内不影响神经元的生长。免疫细胞化学反应显示不同组别的细胞均主要是GABA能神经元，说明裂解细胞获得的粗酶提取液三组均主要来源于GABA能神经元，酶活性测定结果说明蛋氨酸抑制大鼠皮质神经元表达GAD，降低GABA的合成，VPA促进皮质神经元表达GAD，可以使被Met抑制的GAD恢复到正常水平。GABA系统的异常是精神分裂症的病理生理特点之一，神经递质GABA具有能使多巴（DA）向下调节的作用，还可以作用于中脑前叶及皮质DA能神经通路6。GABA是由GAD催化L-MSG裂解而生成的。GAD的表达受多种因素调节，其中启动子的CpG岛的胞嘧啶5碳原子的甲基化修饰和组蛋白乙酰化修饰是其中的两种主要调控方式。 Met在体内可增加SAM的供给，而SAM的增加可以促进基因的甲基化修饰而引起GAD等基因表达降低。这可能是Met使SZ患者症状恶化的原因。Tremolizzo2在大鼠腹腔注射Met (6.6 mmol/kg 15天，1天2次)引起大鼠体内活性甲基供给体SAM增加，并且发现大鼠脑中GAD mRNAs显著减少，笔者通过原代培养技术培养大鼠皮质神经元，然后用Berthelot4 反应测定不同组别的皮质神经元裂解液的相对酶活性。所得结果与Tremolizzo的结果相同，既Met 能抑制GAD基因表达，将使皮质神经元中GAD的相对酶活性降低。 2001年Christopher3发现VPA能抑制组蛋白去乙酰基酶（Histone Deacetylase，HDACs)的活性，组蛋白末端的乙酰化与转录激活相关，而去乙酰化与转录抑制相关。Francesca在大鼠腹膜内注射VPA(200ng/(kgd)，30天)，然后用鼠基因组U34 Affymetrix寡聚核苷酸芯片（包含8799已知的探针）分析大鼠脑中基因的表达，发现有87种基因表达下调、34种基因表达上调7，被影响的基因产物参与多种调节通路和代谢途径。我们的研究表明VPA促进皮质神经元表达GAD，并且可以使被Met抑制的GAD恢复到正常水平。这也可能是联合使用VPA类药物治疗SZ能快速改善患者的症状的主要原因。【参考文献】 1 Brune G G，Himwich H E. Effects of methionine loading on the behavior of schizophrenia patients. J Nerv Ment Dis，1962，134：447-450. 2 L Tremolizzo G，Carboni W B，Ruzicka C P，et al.An epigenetic mouse model for molecular and behavioral neuropathologies related to schizophrenia vulnerability.PNAS，2002，99 （26）：17095-17100. 3 Christopher J，Phiel F Z，Eric Y，et al. Histone deacetylase