年龄对脑铁平衡和帕金森病及阿尔茨海默病相关蛋白聚集情况的影响

【摘要】背景：铁是多种蛋白发挥正常功能的必需成分,包括氧运输、线粒体呼吸链和DNA合成相关的蛋白质。在脑内,铁是少突胶质细胞参与髓鞘蛋白和脂肪酸合成过程中的关键物质,同时还是神经元神经递质合成过程中重要参与酶的辅基。脑铁代谢异常具有非常严重的损伤性,必须受到严格的调控。过量的铁可以通过参与Fenton反应产生羟基自由基,攻击细胞的DNA、蛋白质和脂质。在过去几十年里,很多研究表明脑铁水平异常升高与神经退行性疾病之间,如帕金森病(Parkinson’sdisease,PD)和阿尔茨海默病(Alzheimer’sdisease,AD),存在密切联系。年龄一直被认为是AD和PD发病的重要危险因素,并且衰老过程中脑铁增加和聚集可能在AD和PD的发病过程中发挥重要作用。然而,到目前为止,在衰老过程中铁在不同的脑区异常增加和聚集的原因和机制,以及脑铁平衡的调控机制还不清楚,同时对年龄、铁和神经退行性疾病三者之间关系的探索尚缺乏系统研究。目的：为了初步明确年龄、脑铁代谢异常和AD及PD之间的相关性,采用三个年龄段的SD大鼠,包括年轻组(3月龄,n=9),成年组(11月龄,n=9)和老年组(24月龄,n=9),并选择AD和PD密切相关的四个脑区——皮层、海马、纹状体和黑质,进行系统研究。方法：在第一部分,我们利用石墨炉原子吸收光谱法和DAB强化的Perl’s铁染色的方法分别系统地对目的脑区的铁水平和分布情况进行了检测。在第二部分,我们利用westernblot和免疫组织化学染色方法在不同年龄组大鼠的四个脑区检测了铁相关蛋白的表达水平和分布情况。在第三部分,我们利用免疫组织化学染色方法检测了AD相关蛋白在不同年龄大鼠皮层和海马中的表达情况；利用免疫荧光双染的方法检测PD相关蛋白在不同年龄大鼠黑质中的表达情况。结果：通过第一部分的研究,发现随年龄增长在海马和纹状体中的铁含量显著增加。随年龄的增长,四个脑区的铁染色强度增强,铁阳性细胞数目增加。另外,还发现在皮层中铁聚集明显存在的细胞类型为神经元,而在其他三个脑区铁聚集主要存在于少突胶质细胞。并且还在海马和纹状体中发现形态类似小胶质细胞或星形胶质细胞的细胞中存在铁聚集。通过第二部分的研究,发现(1)在四个脑区中,Ferritin的表达水平随年龄增长逐渐增加,并且表达分布模式与铁聚集一致。(2)在海马和纹状体中,DMT1的表达水平随年龄增长先升高后下降；在黑质中,DMT1的表达水平在年轻组和成年组大鼠之间没有明显差异,但老年组大鼠中的表达水平显著升高。(3)TfR1的表达水平在海马、纹状体和黑质中随年龄增长显著下降。(4)随年龄增长Cp的表达水平在纹状体和黑质中显著升高。(5)Fpnl的表达水平除了在老年鼠纹状体中检测到显著降低,而在其他脑区中没有发现明显改变。(6)随年龄增长,hepcidin在四个脑区中的表达水平随年龄增长显著升高。通过第三部分的研究,发现随年龄增长,Ap和PHF-Tau在皮层和海马中的表达水平显著升高,主要分布的细胞类型为神经元,并在细胞内发生聚集。在黑质中的TH阳性神经元中,随年龄增长,a-synuclein的表达水平逐渐升高并聚集,而TH的表达强度呈显著减弱的趋势。并且在老年鼠的黑质中发现TH阳性神经元丢失现象。结论：通过上述研究,我们发现年龄对铁的分布及含量,铁相关蛋白的表达水平和分布具有显著的影响作用。另外,我们还发现年龄可以显著影响AD和PD密切相关蛋白的表达水平,提示年龄在AD和PD的发病过程中可能发挥重要作用。AD和PD相关蛋白表达和聚集与铁聚集的细胞类型或脑区存在一定程度上的一致性,提示年龄相关的铁水平升高可能与AD和PD密切相关蛋白表达和聚集可能存在相关性。通过本文的研究,增进了我们对脑内铁平衡调节机制的理解,进一步增强了我们对年龄和铁在年龄相关的神经退行性疾病发病过程的作用的了解,并有利促进开发新的针对神经退行性疾病的治疗策略。图16幅,表7个,参考文献123篇。
【作者】鹿丽娜；
【导师】夏昆；柯亚；
【作者基本信息】中南大学，遗传学，2014，博士
【关键词】铁；年龄；铁蛋白；二价金属离子转运蛋白；转铁蛋白受体；铜蓝蛋白；膜铁转运蛋白；铁调素；阿尔茨海默病；帕金森病；

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