医学研究生心理学实验课程的探索

培养医学研究生的科研实践能力是医学院的任务之一,在实验教学过程中对其进行科研能力的培养和训练具有十分重要的意义。结合心理学实验研究的特点,从准备、实践、巩固过程3个部分,分别探讨在不同的阶段对医学研究生予以指导和帮助,提升其科研能力,实现"从实验台到病床旁"的联结。

胰岛素样生长因子结合蛋白4转基因小鼠脑内细胞分化的研究

目的研究神经元特异性启动子血小板源性生长因子-β(platelet derived growth factor-β,PDGF-β)介导的胰岛素样生长因子结合蛋白4(insulin-like growth factor binding protein 4,IGFBP4)转基因小鼠脑内神经元和神经胶质细胞分化情况。方法PCR扩增并测序鉴定PDGF-β启动子和IGFBP4 c DNA表达框的整合,Isotropic Fractionator细胞计数法分析海马少突胶质前体细胞比例,Western blotting法分析生后28 d小鼠海马等部位神经元和神经胶质细胞的分化、胰岛素样生长因子-1(insulin-like factor-1,IGF-1)受体通路激活以及细胞存活相关分子表达,Rotarod实验观察小鼠运动能力。结果 IGFBP4 c DNA稳定整合于小鼠基因组,转基因小鼠海马少突胶质前体细胞数目和成熟细胞髓磷脂碱性蛋白(myelin basic protein,MBP)均明显增多,神经元和星形胶质细胞标志物Neu N和胶质纤维酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein,GFAP)表达改变不明显; Erk1,2和Akt磷酸化升高,p38的激活不明显; Caspase-3表达下调,β-catenin和Bcl-2表达无明显改变,12月龄小鼠Rotarod运动能力明显增强,其小脑和皮质Neu N表达增多。结论神经元过表达IGFBP4促进小鼠脑少突胶质细胞和神经元的分化。

蛋白激酶Cγ在低氧预适应脑保护中的作用及其缺血性卒中鼠脑半影区内相互作用蛋白鉴定

目的验证经典型蛋白激酶C(conventional protein kinase C,cPKC)γ在低氧预适应(hypoxic preconditioning,HPC)诱导缺血脑保护中作用,同时利用HPC和cPKCγ阻断剂,鉴定脑缺血半影区内参与cPKCγ脑保护的信号蛋白。方法将健康成年雄性BALB/c小鼠,按数字表法随机分为常氧假手术(Sham)、常氧缺血(Ischemia,I)、二甲基亚砜溶剂处理后缺血(DMSO+I)、HPC预处理后缺血(HPC+I),以及cPKCγ抑制剂和HPC预处理后缺血(HPC+Go6983+I)等5组。应用小鼠整体HPC和脑中动脉阻塞(middle cerebral artery occlusion,MCAO)致缺血性脑卒中模型,借助蛋白印迹检测cPKCγ膜转位(激活)水平,2,3,5-氯化三苯基四氮唑(2,3,5-triph-enyltetrazolium chloride,TTC)染色观察脑梗死体积。采用cPKCγ免疫共沉淀、双向凝胶电泳和质谱等技术鉴定脑缺血半影区内cPKCγ相互作用蛋白结果。结果与常氧缺血I组相比,HPC+I组缺血核心区和半影区内cPKCγ膜转位水平明显增高,而cPKCγ抑制剂Go6983预处理则明显降低HPC+Go6983+I组缺血核心、半影区和对侧脑皮层内cPKCγ的膜转位水平(P<0.05,每组n=6)。cPKCγ抑制剂Go6983明显减弱HPC降低缺血性卒中小鼠脑梗死体积的保护作用(P<0.05,每组n=6)同时。Go6983明显抑制HPC+I组小鼠脑缺血半影区内cPKCγ与部分蛋白的相互作用,包括铜/锌超氧化物歧化酶(Cu/Zn superoxide dismutase,SOD)、DJ-1、UMP-CMP激酶、腺苷酸激酶、泛素末端水解酶(ubiquitin carboxyl-terminal hydrolase isozyme L1,UCHL1)、白介素-16(interleukin-16,IL-16)和热休克蛋白70(heat shock protein 70,HSP70)。结论cPKCγ通过对缺血半影区内部分相互作用蛋白的调节,参与HPC对缺血性卒中小鼠脑的神经保护作用。

自噬:细胞的“清道夫”——2016年诺贝尔生理学或医学奖简介

2016年诺贝尔生理学或医学奖颁发给日本国籍科学家大隅良典(Yoshinori Ohsumi),以表彰他在自噬分子机制研究中所做出的卓越贡献。

重组人源galectin-1通过调节自噬水平保护神经元

目的制备重组人源半乳糖凝集素1(rhgalectin-1),并研究其对受损神经元自噬水平的促进作用。方法利用PCR技术构建pEGX-4T-1-galectin-1原核生物蛋白表达质粒,构建工程菌。收集rhgalectin-1蛋白,并进行纯化及纯度鉴定。用细胞毒性物质鱼藤酮(rotenone)处理神经母细胞瘤SK-N-SH细胞系,检测在有无rhgalectin-1预处理的情况下自噬标志物LC3Ⅱ以及p62的水平,分析不同组别细胞的自噬水平。结果成功制备了具有生物学活性的rhgalectin-1,发现rhgalectin-1可降低鱼藤酮对SK-N-SH细胞的毒性作用。鱼藤酮处理SK-N-SH细胞后,其自噬水平有所降低。表现为LC3Ⅱ水平明显降低以及p62水平明显增加(P<0.05)。而rhgalectin-1预处理组细胞自噬水平明显增加,LC3Ⅱ水平明显升高,p62水平明显降低(P<0.05)。当用自噬阻断剂bafilomycin阻断自噬体降解后,可观察到rhgalectin-1预处理并给予鱼藤酮刺激组较单独鱼藤酮刺激组LC3Ⅱ水平明显增加(P<0.05),此现象说明了rhgalectin-1处理的确增强了自噬水平而不是抑制自噬体的降解。结论 rhgalectin-1可以增强神经元的自噬水平,这一特性可能在神经元的毒性抵抗以及损伤后修复过程中发挥重要作用。

脑内过表达胰岛素样生长因子结合蛋白-4转基因小鼠的建立

目的构建脑内过表达胰岛素样生长因子结合蛋白-4(insulin-like growth factor binding protein-4,IGFBP-4)的转基因小鼠,以研究IGFBP-4对脑发育的作用。方法构建神经元特异性启动子血小板源性生长因子β链(platelet derived growth factorβchain,PDGF-β)驱动的IGFBP-4表达载体,通过显微注射构建转基因小鼠。用PCR法检测小鼠子代基因组IGFBP-4 c DNA的整合情况,Western blotting法和免疫组织化学法观察IGFBP-4在脑内的表达丰度和分布,比较野生型和转基因小鼠的体质量和脑质量的改变。结果外源IGFBP-4 c DNA稳定整合于转基因小鼠基因组,IGFBP-4蛋白在成年小鼠脑内表达水平升高了267%,脑区IGFBP-4蛋白分布符合PDGF-β启动子驱动的蛋白表达特征,与野生型小鼠IGFBP-4部位相似。转基因小鼠体质量未见明显改变,整脑质量增加了8.4%(P<0.05),其中脑干增加了16.5%(P<0.05),其余脑区改变不明显。结论外源IGFBP-4转基因在小鼠基因组中得到整合并能稳定遗传和表达,并影响了部分脑区的发育,为脑发育研究提供了有价值的动物模型。

自噬参与DJ-1保护大鼠黑质多巴胺能神经元抵抗鱼藤酮损伤

目的观察过表达DJ-1是否缓解鱼藤酮致SD大鼠中脑黑质多巴胺能神经元损伤及其机制。方法在大鼠黑质致密部注射携带DJ-1、LacZ或者GFP-DJ-1、GFP的腺相关病毒颗粒,4周后注射鱼藤酮。通过免疫组织化学方法鉴定基因表达情况,并检测TH阳性神经元数量,验证DJ-1保护作用。通过Western blotting方法检测自噬相关蛋白表达水平。结果鱼藤酮损伤4周时,可见过表达DJ-1组大鼠损伤侧黑质的TH阳性神经元数目显著高于单纯鱼藤酮损伤组,差异有统计学意义(P<0.05)。蛋白印迹检测动物损伤侧黑质自噬相关蛋白Beclin1、p-mTOR的表达和LC3Ⅱ/Ⅰ的比值,发现DJ-1过表达组中Beclin1与LC3Ⅱ/Ⅰ的比值均较对照组增加,差异有统计学意义;而p-mTOR的表达较对照组降低,差异有统计学意义(P<0.05)。结论 DJ-1能抵抗鱼藤酮对大鼠黑质多巴胺能神经元的损伤,DJ-1能上调自噬水平。

识别α-synuclein N端结构域的单克隆抗体鉴定及免疫应用

目的分析5种识别α-突触核蛋白(α-synuclein,α-syn)N端结构域的单克隆抗体1C16、2B8、2P21、3O18和1J6的特异性,为帕金森病(Parkinson s disease,PD)的早期诊断和免疫治疗提供抗体支持。方法体外蛋白重组技术获得人源α-syn蛋白(human-α-syn,h-α-syn)、鼠源α-syn蛋白(mouse-α-syn,m-α-syn)、β-syn蛋白、N端人源α-syn蛋白(α-syn/N)和去N端人源α-syn蛋白(α-syn/ΔN)。斑点印迹法鉴定5种单克隆抗体的特异性识别结构域,使用蛋白质印迹技术检测其对变性后的纯蛋白和鼠脑组织的识别情况。结果抗体1C16可以识别非变性的h-α-syn纯蛋白和小鼠脑组织中的变性的h-α-syn蛋白,不识别m-α-syn和β-syn。抗体1J6仅识别非变性的h-α-syn及α-syn/N纯蛋白,不识别变性后的全长α-syn纯蛋白和小鼠脑组织中的变性h-α-syn蛋白。结论筛选出的2种单克隆抗体具有特异性,可为本实验下一步生物标志物的酶联免疫吸附法测定检测和针对α-syn的免疫治疗提供基础。

PINK1减轻α-突触核蛋白引起的线粒体损伤

目的证明PINK1对α-突触核蛋白(α-synuclein,α-syn)引起的线粒体损伤的影响。方法将携带人源PINK1和α-syn基因的质粒共转染MN9D多巴胺能神经细胞,流式细胞术检测细胞内活性氧(reactive oxygen species,ROS)、线粒体渗透性转运孔(mitochondrial permeability pore,mPTP)的开放情况及线粒体膜电势(ΔΨm)变化;MTT和乳酸脱氢酶法检测细胞活力及细胞损伤情况。结果 PINK1减少α-syn引起的ROS的生成、线粒体膜孔的开放及线粒体膜电势降低,并减轻α-syn所致细胞活力下降及和细胞损伤。结论 PINK1可以减轻α-syn引起的线粒体损伤。

蛋白磷酸酶2A活力增高减轻α-突触核蛋白引起的SK-N-SH细胞凋亡

目的观察蛋白磷酸酶2A(protein phosphatase 2A,PP2A)活力在α-突触核蛋白(α-Syn)引起的细胞凋亡中的作用。方法在SK-N-SH细胞中瞬时转染空载(myc)和α-Syn质粒,免疫荧光化学方法鉴定基因表达情况。Western blotting法和PP2A酶活力检测试剂盒检测PP2A磷酸化水平及酶活力。TUNEL染色和MTT法检测各组细胞死亡情况。结果过表达α-Syn可致磷酸化PP2A(pPP2Ac)水平显著增高及活力降低,同时导致细胞凋亡增多和细胞活力降低。PP2A激动剂C2-ceramide可显著逆转α-Syn所致细胞凋亡。结论 PP2A活力增高可减轻α-Syn过表达引起的细胞凋亡。

鱼藤酮对MN9D细胞蛋白磷酸酶2A活力的影响

目的观察鱼藤酮是否诱导蛋白磷酸酶2A(PP2A)的活力下降,并探讨其机制。方法小鼠中脑多巴胺能细胞系MN9D细胞分为正常组(正常培养)、对照组(培养液中加入与鱼藤酮组等体积的二甲基亚砜)、鱼藤酮组(培养液中加入不同浓度鱼藤酮培养24 h)和鱼藤酮+C2组(5μmol/L C2-神经酰胺预处理8 h后,50 nmol/L鱼藤酮暴露24 h)。MTT法检测细胞活力,Western blotting分析总PP2A水平及酪氨酸磷酸化水平,比色法检测PP2A活性。结果与对照组相比,鱼藤酮组细胞活力明显下降(P<0.01),PP2A催化亚基酪氨酸磷酸化提高(P<0.01),PP2A活性降低(P<0.05)。鱼藤酮+C2组PP2A酪氨酸磷酸化水平较鱼藤酮组明显降低(P<0.01),PP2A活性提高(P<0.05),细胞活力明显提高(P<0.01)。结论鱼藤酮通过提高PP2A催化亚基307位点酪氨酸磷酸化水平,抑制PP2A活性,并可能参与细胞活力下降。可为发现帕金森病药物作用靶点提供参考。

双分子荧光互补分析法检测α-突触核蛋白的聚集及在细胞间的传播

目的利用双分子荧光互补(BiF C)分析检测α-突触核蛋白的聚集及在细胞间的传播。方法首先利用高灵敏的荧光素酶human Gaussiaprinceps luciferase作为报告蛋白,将其N端(1～93)与C端(94～169)分别与α-突触核蛋白的C端融合,记作L1和L2,并将L1和L2同时在SK-N-SH细胞中共同表达,结果显示BiFC分析可以特异地检测出α-突触核蛋白的聚集。接下来将L1和L2分别在SK-N-SH细胞中表达,收集L1的培养基加入到表达L2的细胞中。同理,收集L2的培养基加入到表达L1的细胞中。结果 BiFC分析可检测到α-突触核蛋白在细胞间传播。结论 BiFC可有效检测α-突触核蛋白的聚集及在细胞间传播。

袖带加压疼痛的性别差异及其影响因素分析

目的:研究健康成年人对袖带加压疼痛敏感性的性别差异,并分析与此差异有关的生理及心理因素。方法:选择60名健康成年被试者(男女各30名),测量其袖带加压疼痛痛阈,以痛阈水平的压力强度持续左上臂加压5分钟,期间用口头评分量表(Verbal Rating Scale,VRS)评估疼痛强度。刺激前用"状态及特质焦虑量表"(State-Trait Anxiety Inventory,STAI)评估心理焦虑水平,并测量静息态血压。结果:男性痛阈高于女性(t=-4.18,P<0.001)。男性静息态血压高于女性(收缩压:t=-6.71,P<0.001;舒张压:t=-2.89,P<0.01)。女性状态焦虑水平高于男性(t=2.30,P<0.05)。所有被试者静息态血压与痛阈呈正相关(收缩压与痛阈:r=0.52,P<0.001;舒张压与痛阈:r=0.30,P<0.05)。状态焦虑水平与痛阈呈负相关(r=-0.34,P<0.01)。结论:女性对袖带加压疼痛的敏感性高于男性,静息态血压与状态焦虑水平的性别差异部分地解释了对疼痛刺激敏感性的性别差异。

TRPC3参与α-突触核蛋白引起的线粒体损伤

目的探讨经典型瞬时受体电位通道3(transient receptor potential canonical channel 3,TRPC3)是否参与α-突触核蛋白(α-synuclein,α-syn)引起的线粒体损伤。方法在α-syn过表达原代培养神经元、α-syn转基因及敲除小鼠模型,利用免疫印迹和免疫荧光技术检测TRPC3和α-syn在线粒体内的定位和表达;在原代培养神经元,运用MTT和乳酸脱氢酶法检测细胞活力和受损情况,JC-1法检测线粒体膜电势,观察敲减TRPC3对α-syn过表达引起的线粒体损伤和细胞损伤的影响。结果 TRPC3和α-syn共同表达于线粒体,过表达α-syn增加TRPC3在线粒体的分布,敲除α-syn则下调TRPC3在线粒体的分布。敲减TRPC3明显减轻过表达α-syn引起的线粒体膜电势下降和细胞毒性。结论 TRPC3可能参与过表达α-syn引起的线粒体损伤。

不同亚细胞定位的alpha-突触核蛋白对SK-N-SH细胞的毒性影响

在帕金森病中,alpha-突触核蛋白(α-synuclein)累积与聚集所产生的细胞毒性是发病的重要原因。本文目的是探求不同亚细胞定位的α-突触核蛋白对于细胞的毒性影响。分别在α-突触核蛋白前插入核输出序列(nuclear export sequence,NES)或核定位序列(nuclear localization sequence,NLS),使其特定地表达在细胞质或细胞核中。构建成功的质粒分别在神经母细胞瘤SK-N-SH细胞中表达,通过免疫荧光与Western印迹法检测蛋白质的表达情况。结果显示,NES-α-synuclein特异性地在细胞质中表达,NLS-α-synuclein特异性地在细胞核中表达。乳酸脱氢酶法检测结果表明,相较于WT-α-synuclein组,NES-α-synuclein组的乳酸脱氢酶的释放量减少26. 54%,NLS-α-synuclein组的乳酸脱氢酶释放量增加12. 85%。CCK8法检测细胞活性结果表明,相较于WT-α-synuclein组,NES-α-synuclein组的细胞活力提高35. 51%,NLS-α-synuclein组的细胞活力减少7. 93%。上述结果提示,胞质内表达α-synuclein对于细胞的毒性更小,而细胞核内表达的α-synuclein对细胞有更强的毒性作用。这些发现为研究帕金森病的分子机制提供了新的研究思路。

慢病毒载体介导下DJ-1过表达细胞模型的建立

目的构建人野生型DJ-1及其L166P突变体的慢病毒载体并探讨慢病毒载体在构建基因过表达细胞模型中的作用。方法分别构建野生型DJ-1与L166P突变型DJ-1慢病毒载体质粒。进行测序确定比对正确后,进行质粒的大量扩增与制备并转染包装细胞系HEK293T细胞,荧光法和Western blot检测野生型DJ-1与L166P突变型DJ-1在细胞系中的表达。在确定目的蛋白正确表达之后,大量转染HEK293T细胞进行包装并生产携带目的基因的慢病毒颗粒。测定病毒上清滴度后感染PC12细胞,荧光显微镜和Western blot观察GFP荧光强度以及目的蛋白的表达,确定病毒的感染效率。结果成功构建携带DJ-1野生型及其突变体的慢病毒载体。该病毒载体可以转染进入HEK293T细胞内且目的蛋白能够正确表达。LV-DJ-1与LV-DJ-1/L166P的病毒滴度分别为2×10~9TU/m L与2×10~8TU/m L。病毒上清可以高效感染PC12细胞,绝大多数细胞可表达目的蛋白。外源野生型DJ-1和L166P突变体的蛋白表达量分别是内源性含量的315%和285%。结论慢病毒感染细胞效率很高,是很好的制备基因过表达细胞的方法。通过慢病毒载体介导,本研究获得了DJ-1及其突变体的过表达细胞模型。该模型可以用于后续DJ-1功能研究。

烟碱通过α7 nAChR-JAK2通路抑制BV2小胶质细胞炎症因子的释放

神经炎症是包括帕金森病(Parkinson’s disease,PD)等的神经退行性疾病重要的发病机制之一。因此,抑制神经炎症应该是改善神经退行性疾病的有效途径。烟碱等烟碱型乙酰胆碱受体(nicotinic acetylcholine receptors,nAChR)激动剂对PD的干预有积极作用,但是其具体的机制尚不明确。本文主要通过细胞来研究烟碱在神经炎症模型中调节小胶质细胞炎症因子分泌及其在神经元的保护中发挥的作用,并进一步探讨烟碱发挥抗炎作用的分子机制。为此,用脂多糖(LPS)诱导BV2小胶质细胞的炎症反应,并用烟碱进行预处理;随后,收集经烟碱和LPS处理过的BV2细胞培养基,并用以继续培养SK-N-SH神经母细胞瘤细胞系。结果显示:与无处理对照组相比,LPS以剂量依赖的方式促进BV2细胞释放炎症因子TNF-α和IL-6(P<0.05)。而且随着LPS使用浓度的增加,经LPS处理过的BV2条件培养基对SK-N-SH细胞的损伤增加(P<0.05)。另外,在LPS损伤BV2细胞之前加入不同浓度的烟碱对其进行预保护,与仅添加LPS的损伤组相比,随着烟碱使用浓度的增高,其下调BV2细胞释放炎症因子TNF-α和IL-6的能力逐渐增强(P<0.05),而且烟碱预处理显著缓解LPS导致的BV2条件培养基对SK-N-SH细胞的毒性作用(P<0.05)。此外,我们发现,烟碱抑制炎症因子分泌及其对SK-N-SH细胞的保护作用可以被nAChR的非选择性抑制剂筒箭毒碱(d-TC),α7 nAChR的特异性抑制剂甲基牛扁亭柠檬酸盐(MLA)以及Janus激酶2(JAK2)特异性抑制剂α-氰基-(3,4-羟基)N-苄苯乙烯胺(AG-490)阻断(P<0.05)。这些结果提示,烟碱可能通过抑制BV2小胶质细胞分泌炎症因子的方式发挥神经保护作用,而烟碱的这种作用主要依赖于α7 nAChR-JAK2通路。本研究为进一步探讨烟碱抗炎的分子机制,以及研发中枢系统抗炎药物提供科学依据。

蛋白质/多肽片段互补分析法检测alpha-突触核蛋白在细胞中的聚集

Alpha-突触核蛋白(α-synuclein,α-syn)聚集是引起帕金森病(Parkinson’s disease,PD)发生发展主要原因。本文用蛋白质/多肽片段互补分析法(protein-fragment complementation assays,PCAs)检测α-syn在细胞内的聚集。分别构建融合α-syn与人工改造的荧光素酶human Gaussiaprinceps luciferase(h GLuc)蛋白N端或C端蛋白的质粒,共转入人神经母细胞瘤SK-N-SH细胞,通过检测酶活性来确定野生型(wild type,WT)及A53T突变体α-syn在细胞中的聚集情况。结果表明WT和A53T突变α-syn都能使荧光素酶活性增强,而且与野生型α-syn相比,突变体A53T的荧光素酶活性更强,说明二者都能聚集,而且A53T聚集程度高于WT。PCAs法具有高灵敏度,不仅能检测α-syn在细胞内的聚集,而且能反映其聚集的程度,为研究帕金森病提供了研究思路和相应药物筛选的有效工具。

蛋白磷酸酶2A Cα在昆虫杆状病毒中的表达及活性

目的利用昆虫杆状病毒系统表达蛋白磷酸酶(PP)2A Cα亚基并进行活性分析。方法先将PP2A Cα构建进入昆虫杆状病毒表达载体,然后将其转染到昆虫细胞Sf9中并进行蛋白表达,最后检测PP2A Cα的功能。结果 Western印迹结果表明PP2A Cα蛋白已经在昆虫细胞成功表达;PP2A活性检测和GST pull-down实验结果表明PP2A Cα蛋白既有生物学功能,又有结构学功能。结论昆虫杆状病毒载体系统可以成功表达有活性的PP2A Cα蛋白。

胰岛素样生长因子结合蛋白4基因敲除小鼠的建立和鉴定

[目的]用CRISPR/Cas9技术构建胰岛素样生长因子结合蛋白4(IGFBP-4)基因敲除(knock-out,K0)小鼠,以研究IGFBP-4对脑发育的影响。[方法]将IGFBP-4引导RNA和Cas9mRNA显微注射于小鼠受精卵,繁育小鼠并观察体重和脑重改变。PCR和RT-PCR鉴定DNA和mRNA突变,IsotropicFractionator测脑细胞总数和神经元数量,WestermBlot观察NeuN表达,转棒实验测试动物行为学;[结果]K0造成了4种DNA缺失和插人突变,选择缺失GGGT致移码突变的动物进行繁育。与野生型小鼠相比,3月龄KO小鼠体重减轻了10.8%(P<0.05),整脑、皮层和小脑重量分别减轻了7.2%.6.9%和10.3%(P<0.05),小脑神经元比例和NeuN表达水平分别降低了14.3%和15.3%(P<0.05),Rotarod运动能力有所降低。[结论]用CRISPR/Cas9成功制备了IGFBP-4KO小鼠,动物体重和部分脑区重量和神经元数量受到了影响。