本实验方案演示了如何评估胡椒酮对亚慢性溴氰菊酯暴露大鼠模型中Keap-1/Nrf-2通路、氧化应激生物标志物及行为学结果的影响。
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本实验方案演示了如何评估胡椒酮对亚慢性溴氰菊酯暴露大鼠模型中Keap-1/Nrf-2通路、氧化应激生物标志物及行为学结果的影响。
近年来,农药暴露研究的进展使得基于抗氧化剂的保护策略受到更多关注。百里醌(TQ)是一种来源于植物的生物活性化合物,据报道对多种毒性物质具有保护作用。本研究描述了一种评估TQ对低剂量溴氰菊酯(DTM)暴露大鼠氧化应激指标、Keap-1/Nrf-2信号通路及行为学结果影响的实验方案。实验中,将24只成年雄性Wistar Albino大鼠(250 ± 20 g)随机分为四组(每组n = 6):对照组、TQ组、DTM组和DTM+TQ组。连续30天通过灌胃方式给予DTM(1.28 mg/kg)和TQ(10 mg/kg)。在整个实验期间监测体重变化。第31天采用旷场实验评估大鼠的运动活性和类似焦虑行为,第32天采用强迫游泳实验评估类似抑郁行为。实验结束后采集血浆和脑组织,用于生化、组织病理学和分子生物学分析。在血浆和大脑皮层样本中检测了包括丙二醛、总一氧化氮、谷胱甘肽和巯基水平在内的氧化应激标志物。采用Western blotting和免疫组织化学方法分析Kelch样ECH相关蛋白1(Keap-1)和核因子红系2相关因子2(Nrf-2)的表达水平。该方案为研究农药诱导的神经毒性及抗氧化化合物的调节作用提供了全面且可重复的方法体系。
杀虫剂广泛应用于农业和家庭环境中以控制害虫;然而,长期暴露于低剂量杀虫剂可能导致环境污染,并对人类和动物健康产生不良影响。这种暴露,特别是通过受污染的食物和水途径,已被认为与神经系统疾病及其他系统性毒性的风险增加相关1。
由于对有机磷杀虫剂的监管日益严格,且拟除虫菊酯类杀虫剂对哺乳动物的毒性相对较低,因此前者已大多被后者取代。DTM 是一种含有 α-氰基的 II 型拟除虫菊酯,是全球最常用的杀虫剂之一,被认为对昆虫具有高效杀灭作用2。尽管如此,实验研究已表明,DTM 暴露可在动物模型中引发氧化应激和神经毒性3,4。
DTM 是一种高度亲脂的化合物,可轻易穿过血脑屏障,并通过延长电压门控钠通道的开放时间来干扰神经元功能。这种效应会导致神经元重复放电、细胞内钠离子内流增加以及活性氧的生成增强,最终导致氧化损伤、炎症反应和行为改变,尤其影响海马体和大脑皮层等脆弱的脑区1。鉴于人们对农药诱导的神经毒性日益关注,越来越多的研究开始聚焦于源自天然物质的抗氧化保护策略。TQ 是Nigella sativa(黑种草)精油中的主要生物活性成分,已被报道具有强大的抗氧化、抗炎和神经保护特性5。多项研究已证实其在对抗化学诱导的氧化应激和神经退行性过程方面具有有益作用5,6,7,8,9。
TQ 保护作用的主要机制之一涉及对 Keap-1/Nrf-2 信号通路的调节。该通路通过调控抗氧化酶和解毒酶的表达,在维持细胞氧化还原稳态中发挥核心作用。在氧化应激条件下,Keap-1 对 Nrf-2 的抑制作用被解除,使 Nrf-2 转位至细胞核,激活抗氧化反应元件依赖性基因的表达9。
由于 DTM 暴露会在分子、生化、组织学和行为水平上引起改变,单一的分析方法不足以全面捕捉其神经毒性效应。因此,本方案整合了行为学评估、氧化应激生物标志物分析、组织病理学评价以及对 Keap-1/Nrf-2 通路的分子研究,为研究农药诱导的神经毒性和抗氧化化合物(如 TQ)的调节作用提供了一个全面且可重复的框架。
综上所述,上述证据凸显了采用整合性实验方法的必要性,以阐明 DTM 诱导神经毒性的机制,并评估潜在的保护性干预措施。本实验方案通过将行为学评估与 Keap-1/Nrf-2 通路的生化、组织病理学及分子分析相结合,实现了对氧化应激相关神经元损伤的多维度评价。在此机制框架下对实验结果的解读,重点阐述了 TQ 如何调节氧化还原信号通路、减轻组织损伤,并在亚慢性 DTM 暴露条件下改善行为学结局。
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机构动物实验地方伦理委员会已批准本实验方案,注册编号为 68429034/35。本研究总持续时间为 32 天。实验前,动物已在标准实验室条件下适应环境。所有实验操作均严格遵循机构及国际动物伦理指南。本方案中使用的实验材料列于材料表中。
注意:化学和生物废弃物的处理遵循机构的实验室安全和废弃物管理指南。酸、碱和有机溶剂分别收集在贴有标签的容器中,并送至机构的危险废弃物处理部门。生物材料和被污染的耗材收集在生物危害容器中,经灭菌后转移至机构指定设施进行最终处置。
1. 实验设计
2. 体重测量
3. 行为参数
4. 氧化应激标志物的评估
5. 通过蛋白质印迹分析测定 Keap-1 和 Nrf-2 水平
6. 组织病理学分析
7. 海马和内嗅皮层中 Nrf-2 和 Keap-1 反应性的免疫组织化学分析
8. 统计分析
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体重测量
在第1、10、20和30天记录体重。C组和TQ组大鼠在整个实验期间体重呈进行性增加,第30天时两组之间无显著差异。相比之下,暴露于DTM的大鼠体重较对照组显著降低。联合给予TQ可减轻DTM相关的体重减轻。研究期间未观察到死亡情况(图1)。
行为学评估
运动活动
通过旷场实验中的格线穿越次数评估运动活动能力。C组和TQ组的运动活动能力相似。DTM暴露显著减少了穿越次数,而与DTM组相比,TQ联合给药部分恢复了运动活动能力(图2)。
OFT
通过测量动物在旷场中心区域和周边区域停留的时间来评估其探索行为。C组和TQ组在中心–周边区域的分布情况相似。DTM暴露导致动物在中心区域停留时间减少,而在周边区域停留时间增加。DTM+TQ组的数值介于对照组与DTM处理组动物之间(图3)...
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本研究表明,大鼠经口亚慢性暴露于DTM可引发持续的行为学、生物化学、分子水平及组织病理学改变,而同时给予TQ可有效减轻这些效应。通过将标准化行为学检测、氧化应激谱分析、Keap-1/Nrf-2信号通路水平的分子分析以及组织病理学评估相结合,该实验方案为评估农药诱导的神经毒性及基于抗氧化剂的神经保护作用提供了可靠且可重复的研究框架。
所选DTM剂量(1.28 mg/kg/天,经口灌胃,持续30天)基于已建立的亚慢性暴露模型,可产生可测量的神经行为学和生物化学效应,且不引起死亡或急性全身毒性14。与既往采用相似给药方案和暴露途径的研究一致,DTM处理的大鼠表现出体重减轻、活动能力下降、强迫游泳实验(FST)中不动时间增加,以及开放场实验(OFT)中中心区域探索减少1,15,16,17<...
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作者不存在任何利益冲突或竞争性经济利益。
本研究未获得外部资金支持。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 5,5'-二硫代双(2-硝基苯甲酸) | Thermo Scientific | 69-78-3 | |
| 台式离心机 NF048 | Nüve | 43560 | |
| Beta_Actin | ThermoFisher Scientific, 美国 | 7D2C10 | |
| BSA 溶液 | Proteintech, 美国 | 66201-1-Ig | |
| 丁基化羟基甲苯 | Sigma Aldrich | 128-37-0 | |
| 数字式匀浆器ör | Daihan Scientific | https://www.artlaboratuv arcihazlari.com/urun/dai han-hg-15d-dijital-homoje nizator-set-a?srsltid=Afm BOorx_az06ulcHpSzKZs uP8-47Za4BkvLOM22Xh p00tgwWhJ-86Vc | |
| DTM | Bayer | TR01426058O | |
| 苏木精-伊红–染色 | Bio Optica | W01030708 | |
| 盐酸 | Merck | 7647-01-0 | |
| Image J 软件程序 | NIH;美国华盛顿 | https://imagej.net/ij/ | |
| 免疫组织化学染色试剂盒 | Lab VisionTM UltraVisionTM 大容量检测系统:抗多价抗体 | HRP, TA-125-HL | |
| Leica Autocut 14051956472 | 德国 | https://www.leicabiosystems .com/histology-equipment/mi crotomes/histocore-autocut/ | |
| 光学显微镜 | Nikon, Eclipse | Ni-U, 940728 | |
| N-(1-萘基)乙二胺 | Thermo Scientific | 1465-25-4 | |
| 纳米微孔板读板仪 | BMG LABTECH | SPECTROstar Nano | |
| 磷酸盐缓冲液 | Merck | P4417 | |
| 一抗 Keap-1 | Proteintech | 货号 10503-2-AP, 1:200 | |
| 一抗 Nrf-2 | Proteintech | 货号 16396-1-AP, 1/100 | |
| Qubit Protein BR 检测试剂盒 | ThermoFisher Scientific-INVITROGEN | Q33211 | |
| 柠檬酸钠 | Merck | 03-04-6132 | |
| 十二烷基硫酸钠 | Thermo Scientific | 151-21-3 | |
| 氢氧化钠 | Merck | 1310-73-2 | |
| 硝酸钠 | Merck | 7631-99-4 | |
| 链霉亲和素过氧化物酶 | Thermo Scientific | SHRP248-B | |
| 磺胺嘧啶 | Thermo Scientific | 63-74-1 | |
| 硫代巴比妥酸 | Merck | 504-17-6 | |
| TQ | CAYMAN | 490-91-5 | |
| 三羧基丙酸,99% | Thermo Scientific Chemicals | 139360500 | |
| 三氯乙酸 | Thermo Scientific Chemicals | 76-03-9 | |
| Tris-HCl | Thermo Scientific | 1185-53-1 | |
| 三氯化钒 | Sigma Aldrich | 7718-98-1 | |
| West Pico PLUS 化学发光底物及 iBright 750 | Thermo Fisher Scientific 系统 | https://www.clinxsci.com/product /mini_chemiluminescence_imagi ng_system?gad_source=1&gad _campaignid=16224184202&gbr aid=0AAAAAoN6UOOtoB8UD0d eumBAMD8Xi-1l-&gclid=CjwKCAj wgeLHBhBuEiwAL5gNEXtK2CNS LS1GqllMuNgkrFYDaW7yK585njQ jFja485Fkwj9lRUEKDBoCgLoQA vD_BwE | |
| 硫酸锌溶液 | Merck | 7733-02-0 |
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