脑源性神经营养因子保护GdCl 3 对神经元与星形胶质细胞共培养体系中的毒性作用

星形胶质细胞和神经元之间的相互作用对于神经元的生长及调节过程十分重要. 脑源性神经营养因 子(brain-derived neurotrophic factor, BDNF)是脑内广泛分布的一类神经营养因子, 除神经元分泌外, 星形胶质 细胞分泌BDNF 功能在神经细胞损伤和神经退行性病变过程起重要作用. 本实验之前的研究表明, Gd 引起的神 经元死亡伴随线粒体功能的损伤, 如线粒体呼吸链功能障碍, ATP 的合成量的减少和线粒体膜电位的降低. 同 时细胞内ROS 水平的升高. 抑制细胞氧化应激水平能够降低Gd 暴露后神经元的死亡. 神经元产生BDNF 功能 的影响可能和ROS 介导的细胞毒性有密切的关系. 因此, Gd 对神经元分泌BDNF 功能的影响可能是其导致神 经毒性的又一因素, 本实验研究了Gd 对单独培养的神经元以及神经元与星形胶质细胞共培养体系的作用. 通过测定细胞上清乳酸脱氢酶(LDH)的活性和观察PI 阳性染色的细胞数目来分析细胞死亡率. 结果表明, 单独培养的神经元暴露GdCl 3 12 h 后, 细胞上清LDH的活力显著增加 (约40%). 但是, 与星形胶质细胞共培养 或者单独培养的星形胶质细胞暴露于GdCl 3 后并没有LDH 的显著增加. BDNF 能够降低Gd 导致的细胞上清 LDH 的升高. 同时, 单独培养的神经元暴露于GdCl 3 后, PI 阳性染色的细胞数目明显增多. 与星形胶质细胞共 培养或者BDNF 的干预均能够降低Gd 导致的PI 阳性染色数目的增加. 因此, Gd 引起的神经元死亡和其对细胞 产生BDNF 功能的影响有关系, 星形胶质细胞能够够减轻Gd 对神经元的毒性作用. 用DCFH-DA 标记细胞内ROS, 用激光共聚焦显微镜(CLSM)观察不同细胞用GdCl 3 孵育后细胞内ROS 荧 光强度. 结果提示, 用20 μM的GdCl 3 孵育不同细胞12 h 后, 单独培养的神经元细胞内ROS 水平显著升高. 但 是与星形胶质细胞共培养或者BDNF 处理的神经元, ROS 水平并没有明显的升高. 因此, 与星形胶质细胞共培 养或者BDNF 的干预能够降低Gd 引起的神经元的死亡. BDNF 能够降低Gd 诱导的神经元ROS 水平的升高以及细胞的死亡. 因此, 对细胞产生BDNF 功能的影响 可能是Gd 导致神经元细胞毒性的主要因素之一. 实验结果显示, GdCl 3 孵育单独培养的神经元不同时间后, BDNF mRNA 和蛋白表达随着GdCl 3 孵育时间的延长而降低. 当GdCl 3 孵育时间达到12 h 时, 表达量降低了约 25%. 当GdCl 3 孵育时间达到24 h 时, 对BDNF 表达的影响进一步加强. 但与单独培养的神经元相比, 当神经 元与星形胶质共培养时, 20 μM 的GdCl 3 孵育细胞并没有引起BDNF 表达的明显降低. 因此, 星形胶质细胞能够通过调节BDNF 的表达对神经元的损伤起到保护作用, 神经元中BDNF 水平的维 持可能来源于直接星形胶质细胞分泌的BDNF, 或者由外源性BDNF 诱导了神经元中BDNF 的表达. 我们提出 了一种可能的分子机制, 将有助于理解钆化合物对神经细胞的毒理作用.