基本信息
- 项目名称：
- 乙醇对原代培养大鼠大脑皮质星形胶质细胞骨架的影响
- 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：
- 本作品观察不同浓度乙醇对星形胶质细胞形态、细胞骨架蛋白GFAP、actin表达和分布的影响并探讨其可能机制。结果发现，低浓度乙醇不影响细胞生存力和细胞形态但增加GFAP表达，随乙醇浓度增加，细胞生存力呈剂量依赖性下降，GFAP阳性细胞由不规则多边形变为星状，应力纤维向细胞边缘分布并排列紊乱，最终断裂消失。免疫荧光显示星形胶质细胞表达Snk-SPAR蛋白，提示其细胞骨架改变可能由此途经介导。
- 详细介绍：
- 大脑是乙醇作用的主要靶器官之一，乙醇摄入除了影响大脑结构外，还通过改变突触活性而影响神经元环路，最终导致成瘾事件的发生。星形胶质细胞是脑内含量最丰富的细胞，其突起包裹神经元突触面积的多少调节了神经元的突触活性和功能。星形胶质细胞的这种调节方式与细胞骨架尤其是GFAP和actin的改变密不可分。 根据相关文献，推测在一定浓度范围内，应该存在一个星形胶质细胞数量开始下降或GFAP由表达增加至恢复正常的拐点浓度，考虑到酗酒者血液中乙醇的浓度范围，大部分研究选择低浓度乙醇进行实验观察和分析，几乎没有高浓度乙醇对星形胶质细胞影响的报道，因此几乎不了解星形胶质细胞耐受乙醇的能力和程度。 目前乙醇引起星形胶质细胞骨架改变的具体机制不清，有研究证明，神经元内存在Snk-SPAR途径，其在突触活性调节中起重要作用。Snk在海马神经元中被突触活化诱导后，靶向作用于SPAR，使SPAR蛋白磷酸化和降解，actin骨架塌陷，最终导致树突棘结构的失稳定和突触环路的改变。到目前为止，尚未见相关研究表明星形胶质细胞是否表达Snk和SPAR，因此不了解Snk-SPAR途径是否参与乙醇对星形胶质细胞形态和细胞骨架的影响。 基于上述原因，本实验在大范围浓度乙醇（50-1000mM）作用原代培养星形胶质细胞24h后，倒置相差显微镜观察细胞形态变化；MTT法检测细胞生存力；免疫荧光染色观察GFAP、actin的分布改变及Snk、SPAR表达情况。结果发现，低浓度乙醇不影响细胞生存力和细胞形态但增加GFAP表达，随乙醇浓度增加，细胞生存力呈剂量依赖性下降，GFAP阳性细胞由不规则多边形变为星状，应力纤维向细胞边缘分布并排列紊乱，最终断裂消失。免疫荧光显示星形胶质细胞表达Snk-SPAR蛋白，提示其细胞骨架改变可能由此途经介导。 本作品对酒精-Snk-SPAR-GFAP/actin-突触可塑性环路的研究，有望寻找到有效干预该环路的特异性靶点，为酒精依赖患者以星形胶质细胞为中心的靶向治疗策略提供理论依据。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 酒精是人类使用最广泛的亲神经物质,酒精依赖及其相关问题已成为仅次于心血管病、肿瘤而位居第三的全球性公共卫生问题。乙醇影响星形胶质细胞(astrocytes,AST)的膜交通及核浆交通，但其分子基础尚不清楚，这些效应与细胞骨架的组构及功能改变相关。本研究组曾发现神经突触和免疫突触共享Snk-SPAR途径，故提出AST通过该途径调节其对突触的包裹度进而调节突触稳态的假说。本作品是该假说的启动性研究。
科学性、先进性及独特之处
- 本作品观察了乙醇对星形胶质细胞形态、GFAP、actin表达和分布的影响及可能机制。发现1)AST耐受乙醇程度存在拐点，提示AST抗乙醇神经毒性效应可能存在极限；2)不同浓度乙醇对GFAP表达的影响各异，存在低中高作用强度依赖性差异；3)乙醇影响actin组构，包括其微小分支形成和末端松散现象；4)AST表达Snk/SPAR蛋白，提示AST中可能存在Snk-SPAR途径的调控。
应用价值和现实意义
- 膳食乙醇是世界范围内消费最广泛的药物。酒精相关精神障碍除给患者和家人带来不可估量的痛苦外，也给社会带来巨大的经济负担。据WHO报道，这些精神障碍约占全球经济负担的1.4%。酒精的急慢性损害导致脑结构和功能的改变，形成酒精成瘾的特异性环路。对酒精-Snk-SPAR-GFAP/actin-突触可塑性环路的研究，有望寻找到有效干预该环路的特异性靶点，为酒精依赖患者以AST为中心的靶向治疗策略提供根据。
学术论文摘要
- 目的：观察不同浓度乙醇对星形胶质细胞骨架蛋白GFAP、actin表达和分布的影响并探讨其可能机制。方法：不同浓度乙醇作用星形胶质细胞24h后，倒置显微镜观察星形胶质细胞的形态变化；MTT法检测细胞生存力；免疫荧光观察GFAP、actin的分布改变及Snk、SPAR表达情况。结果：低浓度乙醇不影响细胞生存力和细胞形态但增加GFAP表达，随乙醇浓度增加，细胞生存力呈剂量依赖性下降，GFAP阳性细胞由不规则多边形变为星状，应力纤维由胞浆内向细胞边缘分布并排列紊乱，最终断裂消失。星形胶质细胞表达Snk和SPAR蛋白。结论：星形胶质细胞可对不同浓度乙醇产生不同应答反应，Snk-SPAR传导通路可能参与这一过程。
获奖情况
- 校第五届大学生课外学术科技作品竞赛二等奖
鉴定结果
- 无
参考文献
- ［1］Pak DT,Sheng M.Targeted protein degradation and synapse remodeling by an inducible protein kinase.Science,2003,302:1368-1373 ［2］Yang H,Cui GB,Jiao XY,et al.Thymosin-β4 attenuates ethanol-induced neurotoxicity in cultured cerebral cortical astrocytes by inhibiting apoptosis.Cell Mol Neurobiol,2010,30(1):149-160 ［3］Loureiro SO,Heimfarth L,et al.Acute ethanol exposure disrupts actin cytoskeleon and generates reactive oxygen species in c6 cells.Toxicol in Vitro,2011,25(1):28-36
同类课题研究水平概述
- 大脑是乙醇作用的主要靶器官之一，乙醇摄入除了影响大脑结构外，还通过改变突触活性而影响神经元环路，最终导致成瘾事件的发生。星形胶质细胞是脑内含量最丰富的细胞，其突起包裹神经元突触面积的多少调节了神经元的突触活性和功能。星形胶质细胞的这种调节方式与细胞骨架尤其是GFAP和actin的改变密不可分。因此国内外有部分研究关注乙醇对星形胶质细胞及细胞骨架的影响。但因乙醇浓度、乙醇作用时间和所用模型的不同而得出不同结果，乙醇可使星形胶质细胞数量增加，亦可通过多条途径诱发其凋亡。不同浓度、不同作用时间下，乙醇可以上调或下调GFAP表达。 根据相关文献，推测在一定浓度范围内，应该存在一个星形胶质细胞数量开始下降或GFAP由表达增加至恢复正常的拐点浓度，但考虑到酗酒者血液中乙醇的浓度范围，大部分研究者选择低浓度乙醇进行实验观察和分析，几乎没有高浓度乙醇对星形胶质细胞影响的报道，因此几乎不了解星形胶质细胞耐受乙醇的能力和程度。 目前乙醇引起星形胶质细胞骨架改变的具体机制不清，有研究证明，神经元内存在血清诱导激酶（serum-inducible kinase,Snk）-树突棘相关的Rap特异性GTP酶活化蛋白（spine-associated Rap GTPase activating protein,SPAR）途径，其在突触活性调节中起重要作用。Snk在海马神经元中被突触活化诱导后，靶向作用于SPAR，使SPAR蛋白磷酸化和降解，actin骨架塌陷，最终导致树突棘结构的失稳定和突触环路的改变。到目前为止，尚未见相关研究表明星形胶质细胞是否表达Snk和SPAR，因此不了解Snk-SPAR途径是否参与乙醇对星形胶质细胞形态和细胞骨架的影响。 基于上述原因，本实验选用较大范围浓度的乙醇（50-1000mM）观察其对星形胶质细胞GFAP、actin表达和分布的影响，分析星形胶质细胞对乙醇的耐受能力，并探讨细胞骨架改变的可能机理，以期明确星形胶质细胞对乙醇导致的中枢神经系统结构和功能障碍的保护机制。
