Нарушение обучения и памяти у мышей, подобных АД, индуцированным Aβ1-42, и частичное улучшение после лечения триптолидом
Для создания модели мышей, индуцируемой Aβ1-42, агрегированный Aβ1-42 стереотаксически вводили в двусторонние латеральные желудочки мышей C57BL/6J. После установления модели мышей обрабатывали транспортными средствами, триптолидом или триптолидом в сочетании с ингибитором PI3K LY294002. Пространственное обучение и память затем оценивались с помощью водного лабиринта Морриса.
Во время шестидневной фазы навигации по местам задержка побега постепенно снижалась во всех группах, что указывает на то, что мыши получили задачу пространственного обучения с помощью повторяющихся тренировок (рисунок 1A). Однако мыши, похожие на AD, индуцированные Aβ1-42, демонстрировали стабильно более длительную задержку побега, особенно в более поздние дни обучения, что указывает на нарушение пространственного обучения. Лечение триптолидами сократило латентность выхода по сравнению с модельной группой, индуцированной Aβ1-42, похожими на AD, тогда как совместное лечение с LY294002 ослабляло это улучшение. Эти результаты показывают, что триптолид частично улучшал пространственное обучение, вызванное Aβ1-42, и этот эффект был ослаблен ингибированием PI3K.
Репрезентативные плавательные дорожки дополнительно подтверждали эти поведенческие изменения (рисунок 1B). Контрольные мыши показали более прямой, целенаправленный поиск вокруг расположения платформы, тогда как мыши, индуцированные Aβ1-42, похожими на AD, демонстрировали рассеянную, неэффективную траекторию плавания. Мыши, обработанные триптолидами, показали улучшенное поведение поиска, при этом траектории были более сосредоточены вокруг целевого района. В отличие от этого, мыши, обработанные LY294002 и триптолидом, показали менее эффективный поиск, чем те, что получали только триптолид. В пробном испытании, проведённом после удаления платформы, мыши, вызванные Aβ1-42, похожими на AD, пересекали исходное место платформы реже, чем контрольные, что свидетельствует о нарушении пространственной памяти (рисунок 1C). Лечение триптолидом увеличило количество пересечений платформ, тогда как LY294002 совместное лечение уменьшило этот эффект. Аналогично, процент времени, проведённого в целевом квадранте, был снижен у мышей, похожих на AD, индуцированных Aβ1-42, по сравнению с контрольными мышами, увеличился после обработки триптолидом и снова уменьшился после LY294002 совместного лечения (рисунок 1D).
В совокупности эти поведенческие результаты показывают, что двусторонняя инъекция агрегированного Aβ1-42 индуцированного пространственного обучения и нарушения памяти у мышей. Триптолид частично обратил эти поведенческие нарушения, тогда как LY294002 ослабил защитный эффект триптолида, что позволяет предположить, что сигнализация PI3K/Akt может способствовать поведенческим эффектам, наблюдаемым в этой модели.
Инъекция Aβ1-42 вызывала повреждение нейронов гиппокампа и отложение Aβ, которые были ослаблены триптолидом
Для дальнейшей проверки установления патологических изменений, вызванных Aβ1-42, похожих на AD, и оценки влияния триптолида на повреждение гиппокампа были проведены окрашивание гематоксилина и эозина, а также иммуногистохимия Aβ на срезах мозга каждой группы.
Окрашивание HE показало, что нейроны в контрольной группе расположены плотно и равномерно, с относительно чёткой морфологией клеток и структурой ядра (рисунок 2A). В отличие от этого, мыши, похожие на AD, индуцированные Aβ1-42, демонстрировали явное повреждение нейронов гиппокампа, характеризующееся беспорядком клеточного расположения, снижением плотности нейронов и усиленной конденсацией ядер. Лечение триптолидами частично улучшило морфологию нейронов гиппокампа, с более сохранившейся клеточной структурой и менее заметным ядерным пикнозом по сравнению с модельной группой, индуцированной Aβ1-42. Однако совместное лечение с LY294002 ослабляло защитное действие триптолида, что отражено в более выраженной дезорганизации и повреждении нейронов по сравнению с группой, получающей триптолид.
Затем была проведена иммуногистохимия Aβ для оценки отложения Aβ в гиппокампе (рисунок 2B). В контрольной группе наблюдалось минимальное окрашивание Aβ-положительным, тогда как модельная группа, индуцированная Aβ1-42, показала заметное увеличение коричневых сигналов Aβ-положительных. Обработка триптолидами снизила Aβ-положительное окрашивание по сравнению с модельной группой, что указывает на то, что триптолид ослаблял отложение Aβ в этой модели. В отличие от этого, мыши, обработанные LY294002 плюс триптолид, показали повышенное Aβ-положительное окрашивание по сравнению с мышами, обработанными только триптолидом. Количественный анализ дополнительно подтвердил эти гистологические наблюдения. Площадь Aβ-положительного сигнала, нормализованная к общему количеству клеток в каждом микроскопическом поле, была увеличена в группе, индуцированной AD-подобной группой, по сравнению с контрольной группой, уменьшилась после обработки триптолидом и частично увеличилась после LY294002 совместного лечения (рисунок 2B).
Эти результаты показывают, что инъекция Aβ1-42 вызывала повреждение нейронов гиппокампа и накопление Aβ, в то время как триптолид частично смягчал эти патологические изменения. Обратная реакция, наблюдаемая после LY294002 совместного лечения, указывает на то, что сигнализация PI3K/Akt может способствовать защитному эффекту триптолида.
Триптолид восстановил экспрессию гефирина и коллибистина у гиппокампа и модулировал сигнализацию PI3K/Akt/GSK-3β
Чтобы определить, сопровождались ли поведенческие и гистологические изменения изменениями в ингибиторных синапс-ассоциированных белках и их верхних регуляторных сигналах, гиппокампальные лизаты из каждой группы были проанализированы методом вестерн-блоттинга. По сравнению с контрольной группой, у мышей, подобных на АД, индуцированных Aβ1-42, наблюдалось заметное снижение экспрессии гефирина в гиппокампе, тогда как уровень фосфорилированного гефирина был повышен (рисунок 3A). Лечение триптолидом частично восстановило полную экспрессию гефирина и снизило уровень фосфорилированного гефирина. В отличие от этого, LY294002 совместное лечение ослабляло эффект триптолида, что подтверждается снижением экспрессии гефирина и увеличением фосфорилированного гефирина по сравнению с группой, обработанной триптолидами. Эти результаты свидетельствуют о том, что патология, вызванная Aβ1-42, была связана не только с уменьшением содержания гефирина в гиппокампе, но и с усиленной фосфорилированием гефирина, в то время как триптолид частично обратил эти изменения.
Коллибистин показал схожий паттерн экспрессии с полным гефирином. Мыши, индуцированные Aβ1-42, похожи на AD, демонстрировали снижение экспрессии коллибистина в гиппокампе по сравнению с контрольными мышами, тогда как лечение триптолидом восстанавливало экспрессию коллибистина. LY294002 совместное лечение частично обратило этот эффект назад (рисунок 3B). Эти результаты свидетельствуют о том, что триптолид сохранял экспрессию ингибиторных синапс-ассоциированных белков-каркасов в гиппокампе, и этот эффект был ослаблен ингибированием PI3K. Затем был исследован сигнальный путь PI3K/Akt/GSK-3β для дальнейшего прояснения молекулярных изменений, лежащих в основе фосфорилирования гефирина. В группе, индуцированной Aβ1-42, подобной AD, экспрессия PI3K и соотношение p-Akt/Akt были снижены по сравнению с контрольной группой, что указывает на снижение сигнальной активности PI3K/Akt (рисунок 3B). Соотношение p-GSK-3β/GSK-3β также было уменьшено в группе моделей. Поскольку фосфорилирование GSK-3β в ингибиторном участке отражает подавление активности GSK-3β, это снижение свидетельствует о относительно повышенной активности GSK-3β в индуцированном Aβ1-42 гиппокампом, подобном AD. Лечение триптолидами увеличило экспрессию PI3K, восстановило соотношение p-Akt/Akt и повысило соотношение p-GSK-3β/GSK-3β. Эти эффекты были ослаблены LY294002 совместным лечением.
В совокупности эти результаты свидетельствуют о том, что патология, похожая на AD, индуцированная Aβ1-42, была связана со снижением экспрессии гефирина и коллибистина в гиппокампе, увеличением фосфорилирования гефирина и нарушением тормозного фосфорилирования GSK-3β, опосредованной PI3K/Akt. Триптолид частично обратил эти молекулярные изменения, тогда как LY294002 ослабил действие триптолида, что подтверждает участие сигнализации PI3K/Akt/GSK-3β в регуляции гиппокампального гефирина и коллибистина в этой модели.
Триптолид ослаблял белковые аномалии, связанные с аутофагией, в гиппокампе мышей, похожих на AD, индуцированных Aβ1-42
Чтобы определить, связаны ли патология, похожая на АД, и лечение триптолидами, вызванные Aβ1-42, с изменениями белков, связанных с аутофагией, экспрессия LC3 и p62 в лизатах гиппокампа была исследована методом вестерн-блоттинга. По сравнению с контрольной группой, мыши, индуцированные Aβ1-42, похожими на AD, показали повышенное соотношение LC3-II/I, что указывает на увеличение накопления LC3-II, связанного с аутофагосомами. Параллельно экспрессия p62 также была повышена в модельной группе, что указывает на накопление субстратов, связанных с аутофагией, в гиппокампе. Лечение триптолидами снизило как соотношение LC3-II/I, так и экспрессию p62 по сравнению с модельной группой, индуцированной Aβ1-42, подобной AD. Эти результаты показывают, что триптолид ослаблял аномальное накопление белков, связанных с аутофагией, вызванное Aβ1-42. В отличие от этого, LY294002 совместное лечение повысило соотношение LC3-II/I и экспрессию p62 по сравнению с одним лечением триптолидами, что свидетельствует о том, что ингибирование PI3K ослабляет влияние триптолида на изменения белка, связанные с аутофагией (см. рисунок 4).
В целом, контрольная группа предоставила исходный поведенческий, гистологический и молекулярный профиль, тогда как модельная группа, индуцированная Aβ1-42, подобная AD, подтвердила, что введение в мозговой вентрикулярный Aβ1-42 вызывает когнитивные нарушения, повреждение нейронов гиппокампа, отложение Aβ, снижение ингибирующего синапс-ассоциированного белка, изменения в сигнализации PI3K/Akt/GSK-3β и накопление белков, связанных с аутофагией. Сравнение модельной группы, индуцированной Aβ1-42, и группы, обработанной триптолидами, показало, что триптолид частично обратил эти аномалии. Сравнение группы, обработанной триптолидами, и группы совместного лечения LY294002 плюс триптолид, дополнительно показало, что ингибирование PI3K ослабляет эффекты триптолида. Эти результаты подтверждают рабочую гипотезу о том, что триптолид модулирует изменения в гиппокампе гефирине, коллибистине и белках, связанных с аутофагией, в модели, подобной AD, индуцированной Aβ1-42, с помощью механизма, ассоциированного с PI3K/Akt/GSK-3β.
ДОСТУПНОСТЬ ДАННЫХ:
Все исходные данные, необходимые для воспроизведения результатов этого исследования, предоставлены в виде Дополнительного файла 1 и Дополнительного файла 2. Сюда входят оригинальные изображения вестерн блот и геля, необрезанные данные блотов, необработанные числовые значения, используемые для статистического анализа, и сгенерированные графики. (Дополнительный файл 1 и дополнительный файл 2) Эти файлы предоставляют исходные данные, подтверждающие количественные результаты, представленные на рисунках 1–4.

Рисунок 1: Триптолид частично улучшил пространственное обучение и дефициты памяти у мышей, вызванных Aβ1-42, похожими на AD. (A) Задержка побега во время 6-дневной фазы навигации по местам в водном лабиринте Морриса. (B) Репрезентативные траектории плавания во время пробного испытания. (C) Количество пересечений над первоначальным расположением платформы после снятия платформы. (D) Процент времени, проведённого в целевом квадранте во время испытаний зонда. Данные представлены в виде среднего ± SD. Задержка побега анализировалась с помощью двухнаправленных повторяющихся измерений ANOVA, а данные пробных испытаний — с помощью одностороннего теста ANOVA. Ctr, контрольная группа; AD, индуцированная Aβ1-42-индуцированная модельная группа, похожая на AD; ТП, группа, обработанная триптолидами; LY, LY294002 и группа совместного лечения триптолида. n = 6 на группу. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 2: Триптолид ослабил повреждение нейронов гиппокампа и отложение Aβ у мышей, подобных AD, индуцированным Aβ1-42. (A) Репрезентативные изображения гематоксилина и эозина для срезов гиппокампа из каждой группы. Шкала = 50 мкм. (B) Репрезентативные изображения иммуногистохимического окрашивания Aβ и количественный анализ Aβ-положительного отложения в гиппокампе. Шкала = 50 мкм. Данные представлены в виде среднего ± SD. Статистический анализ проводился с помощью одностороннего теста ANOVA. Ctr, контрольная группа; AD, индуцированная Aβ1-42-индуцированная модельная группа, похожая на AD; ТП, группа, обработанная триптолидами; LY, LY294002 и группа совместного лечения триптолида. n = 3 на группу. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 3: Триптолид восстановил экспрессию гиппокампа гефирина и коллибистина и модулировал сигнализацию, ассоциированную с PI3K/Akt/GSK-3β, у мышей, индуцированных Aβ1-42, подобных AD .(A) Репрезентативные изображения западных блот и количественный анализ общей экспрессии гефирина и фосфорилированного гефирина в лизатах гиппокампа каждой группы. (B) Репрезентативные изображения западного блота и количественный анализ коллибистина, PI3K, Akt, фосфорилированного Akt, GSK-3β и фосфорилированного GSK-3β в лизатах гиппокампа. Коллибистин и PI3K были нормализованы до β-актина. Фосфорилированный Akt и фосфорилированный GSK-3β были количественно определены как соотношения p-Akt/Akt и p-GSK-3β/GSK-3β соответственно. Данные представлены в виде среднего ± SD. Статистический анализ проводился с помощью одностороннего теста ANOVA. Ctr, контрольная группа; AD, индуцированная Aβ1-42-индуцированная модельная группа, похожая на AD; ТП, группа, обработанная триптолидами; LY, LY294002 и группа совместного лечения триптолида. n = 3 на группу. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 4: Триптолид ослабил белковые аномалии, связанные с аутофагией, в гиппокампе мышей, индуцированных Aβ1-42, подобных AD .Репрезентативные изображения западных блот и количественный анализ экспрессии LC3-I/II и p62 в лизатах гиппокампа из каждой группы. Соотношение LC3-II/I рассчитывалось делением интенсивности зоны LC3-II на интенсивность LC3-I, а экспрессия p62 нормализовывалась до β-актина. Данные представлены в виде среднего ± SD. Статистический анализ проводился с помощью одностороннего теста ANOVA. Ctr, контрольная группа; AD, индуцированная Aβ1-42-индуцированная модельная группа, похожая на AD; ТП, группа, обработанная триптолидами; LY, LY294002 и группа совместного лечения триптолида. n = 3 на группу. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы увидеть увеличенную версию этой фигуры.
Дополнительный файл 1: Необрезанные изображения западных блотов . Указываются полосы, используемые для количественной оценки, а маркеры молекулярной массы — там, где это возможно. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.
Дополнительный файл 2: Исходные числовые значения, используемые для статистического анализа в этой статье. Этот файл содержит исходные численные наборы данных, используемые для генерации количественных графиков на рисунках 1–4, включая поведенческие измерения водного лабиринта Морриса, количественную оценку иммуногистохимии Aβ и значения плотности западного блота. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.