630 J Bengbu Med Coil,June 2012,Vo1.37,No.6 基础医学・ [文章编号]1000—2200(2012)06-0630-03 ・Caspase一3在维A酸致小鼠 胚胎神经管畸形中的表达及意义 张艳萍 ,张美华 ,杨丹彤 ,张爱东 ,刘凯 [摘要]目的:探讨Caspase一3在维A酸(RA)致小鼠胚胎神经管畸形发生过程中的表达及意义。方法:40只未经产昆明种小鼠 随机分为实验组和对照组各4小组,每小组5只。分别在花生油及RA处理18、42、66、90 h后剖腹取胎、剥离头部神经管, Western—bloting法检测Caspase.3的表达变化。结果:Caspase一3在正常胚胎神经管组织中的表达存在时问依赖性。对照组 Caspase一3在花生油灌服后18 h表达升高,42 h和66 h时表达最强,之后表达逐渐降低。实验组Caspase一3在RA处理后42 h 表达水平显著低于对照组(P<0.01),66 h和90 h时表达水平均显著高于对照组(P<0.01)。结论:RA改变丁昆明种小鼠胚 胎神经管中Caspase一3的正常时问表达模式,这种异常的基因表达模式可能参与了RA诱导的神经管畸形发生。 [关键词]神经管畸形;维A酸;Caspase一3;凋亡;小鼠 [中国图书资料分类法分类号]R 322.81;R 986 [文献标识码]A The expression and signiicance of Caspase-f3 in mouse with embryonic neural tube malformation induced by retinoic acid ZHANG Yah—ping ,ZHANG Mei—hua ,YANG Dan—tong。,ZHANG Ai—dong ,LIU Kai (J.Shandong Provincial Key Laboratory 0厂Eugenic Technology,Shandong Provincial Family Planning Research Institute 0厂Science and Technology,Jinan Shandong 250002;2.Department 0厂Histology and Embryology, Medical College 0厂Shandong University,Jinan Shandong 250012,China) [Abstract]Objective:To explore the expression and signiifcance of Caspase一3 in mouse with emb ̄onie neural tube defects(NTD) induced by retinoic acid(RA).Methods:The 40 mice were randomly divided into test and control groups.The neural tubal samples were harvested at 1 8,42,66 and 90 h after RA or arachis oil administration.Western blotting was used to detect the expression of Caspase一3.Results:The expression of Caspase一3 displayed time dependence in the normal fetal neural tube tissue.In control group,the expression level of Caspase一3 increased at 18 h,and achieved the most peak at 42 and 66 h,then decreased slowly after arachis oil administration.In test group,the expression levels of Caspase一3 were signiifcant lower than that of control group at 42 h(P<0.01),and signiifcant higher than that of normal group at 66 h and 90 h after treatment with RA(P<0.01).Conclusions:RA can change the expression pattern of Caspase一3 in emb ̄onic neural tube of mouse,The Caspase一3 alteration may participate in the formation of NTD induced by RA. [Key words]neural tube defects;retinoic acid;Caspase一3;apoptosis;mouse 神经管畸形(neural tube defects,NTDs)是较为 常见且危害严重的一类先天性畸形,其确切发生机 1材料与方法 制至今仍不十分清楚。本实验在已建立的维A酸 (retinoic acid,RA)致昆明种小鼠NTDs动物模型 七¨j,用Western.bloting技术探讨Caspase一3表达与 RA致NTDs的关系,以期探明凋亡在过量RA致 NTDs发生中的可能作用,为NTDs发生机制的研究 1.1 标本制备未经产昆明种小鼠(山东大学实 验动物中心提供)40只,体重25~30 g,颗粒饲料喂 养,普通饮水。于晚上6时与雄鼠1:1合笼,第2天 早上查阴栓,发现阴栓的当天中午为孕0.5 d (GD 0.5 d)。孕鼠随机分为实验组和对照组,实验 提供实验依据。 组于受精后第7天下午6时,一次性灌服30 mg/kg 全反式RA(Sigma公司,美国)花生油悬液,对照组 c收稿日期]20i1-08-05 [雎金项目]山东省自然科学研究罐金资助项目(2009ZRA01193) [作者单位]1.山东省优牛技术重点实验室,IIl尔 计划生育科学技 术研究所,Ih尔济l柯250002;2.山东大学医学院 织学 与 胎 教研室,…尔济l幸』250012 f作者简介]张艳萍(1978一),女,助珲研究员. 灌服等量花生油。RA按照试剂说明 避光配置, 以防光异构化。实验组、埘照组各分为4小组,每小 组5只,分别在服药后18、42、66及90 h脱F{处步匕孕 鼠,取出胚胎,分离神经管,并迅速置于液氮 JI’1—8O ℃冷冻保存。 蚌埠医学院学报2012年6月第37卷第6期 1.2 Western—bloting法半定量分析Caspase.3的表 631 的羊抗兔二抗稀释液(1:5000)(Zymed公司,USA), 37℃孕育1 h,PBS漂洗,DAB(博士德生物公司)显 达每组5~18个胚胎(来源于5只孕鼠)用于蛋 白提取。以下步骤全部冰上操作,4℃离心。加 1 ml溶液A(0.6%NP40,150 mmol/L氯化钠, 10 mmol/L羟乙基哌乙硫磺酸,1 mmol/L乙二胺四 色。生物电泳图像分析系统(上海复日科技有限公 司)观察电泳结果,对电泳条带进行灰度扫描和丰 度分析。 1.3 统计学方法 采用方差分析和q检验及t检 验 2结果 乙酸,0.5 mmol/L苯甲基磺酰氟,0.5 ml二硫苏糖 醇,5 g/ml抑酞酶,5 g/ml亮肽素)于液氮研磨的 胚胎粉末,充分匀浆后,转移匀浆液到1.5 ml的离 心管2 000 r/rain离心30 S,取上清液冰上放置5 rain 后5 000 r/min离心5 rain。吸取上清液,一80℃保 对照组小鼠花生油灌注18 h后Caspase一3表达 较弱,之后表达逐渐加强,42及66 h时表达最强,均 存备用。紫外分光光度计法测量蛋白浓度,并经公 式校正(1.45×A280—0.74×A260)。样品经12% SDS.PAGE,然后电转移至PVDF膜,丽春红染色,根 据标准分子质量确定目的蛋白的位置。三蒸水漂洗 PVDF膜数次,加入封闭液(TTBS+5%脱脂奶粉),4 明显高于18 h时(P<0.01),之后又逐渐降低到与 18 h时相仿的表达水平(P>0.05)。实验组 Caspase一3在RA处理后42 h表达水平显著低于对 照组(P<0.01),66、90 h时其表达水平均升高,且 均显著高于18 h和42 h时(P<0.01),RA处理后 ℃孕育过夜。加入兔抗鼠Caspase.3抗体稀释液 (1:200)(博士德生物公司)或兔抗鼠B—actin抗体 稀释液(1:200)(Zymed公司,USA),37 oC孕育2 h, TBS漂洗PVDF膜数次,加入辣根过氧化物酶标记 1 8 h时,对照组及实验组的Caspase一3表达水平差异 无统计学意义(P>0.05)(见表1、图1)。 表1过量RA对小鼠胚胎神经管Caspase一3表达的影响( ±s,OD) q检验:与18 h时比较 厂———————]8h 42h 66h 90h P<0.叭;与42 h时比较△△P<0.01;与66 h时比较槲P<0.O1 厂—————]1 8h 42h 66h 90h 常见和最为严重的一组畸形,在世界范围内其发生 率高达千分之一_4 J,一般认为NTDs是一种多因子 遗传病,是遗传因素和环境因素综合作用的结 果 J,其确切病因至今不明。 细胞凋亡或程序性细胞死亡是指在基因控制下 罔1 Caspase一3在2组胚胎神经管组织中的表达 的细胞生理性死亡,其生物学意义是在发育中清除 3讨论 多余的、发育不正常的、已完成任务的细胞以及有害 细胞,以维持胚胎发育过程中的器官模式形成以及 维持机体内环境的稳定等。胚胎发育过程中细胞凋 亡异常将导致各种先天性缺陷发生。Caspase一3是 一RA为一种小分子量的脂溶性信号分子,一般 通过结合维A酸受体,调节下游靶基因表达来实现 其生物学效应。生理剂量的RA在细胞的增殖、分 种细胞凋亡执行阶段诱导细胞死亡的活性蛋白 化、凋亡及各种动物的胚胎模式形成等生物学事件 【f_1发挥着重要作用 J。然而在胚胎发育过程中,过 多摄人RA或RA缺乏均会导致各种发育缺陷形 成 J。发育中的中枢神经系统常常是RA致畸的敏 感部位,神经胚期一次性灌服昆明种小鼠30 mgikg RA可敏NTDs发牛 。NTDs是人类出生缺陷中最 酶,是细胞凋亡下游过程的关键执行者。细胞凋亡 的某些特征性标志,如染色质凝聚、DNA片段化等, 均与Caspase一3有着直接关系 J。在Caspase一3纯 合突变转基因小鼠中,由于Caspase一3功能缺失而抑 制神经元捌亡过程,从而导致明显NTDs发生 I9 J。 本实验中,对照组Caspase一3于花生油灌注后42 h 632 (GD 9.5d)表达达高峰,并持续至花生油处理后 66 h(GD 10.5d),此时正值神经管闭合期,之后表 达下降。Geelen等¨ 研究发现,GD 9.0 d小鼠胚胎 的表面外胚层与神经外胚层连接处出现大量细胞死 亡。Jeffs等… 报道,第8期鸡胚的中脑顶板处有大 量细胞死亡,即使神经沟关闭以后,仍有大量细胞凋 亡发生在背侧中线。结合我们的实验结果和上述文 献提示,正常细胞凋亡参与神经管关闭以及神经管 关闭后中枢神经系统的进一步形态发生过程,其确 切生物学意义可能有助于神经管与外胚层脱离以及 有助于神经管头端脑的形态发生,使其具备头端发 育为脑泡、尾段发育为脊髓的形态学基础。本研究 实验组Caspase一3在RA处理后42 h(GD 9.5 d)时 表达水平显著低于对照组,而66 h(GD 10.5 d)及 90 h(GD 11.5 d)时表达水平升高,且显著高于对照 组。已有研究_8 证明,在Caspase一3纯合突变小鼠 中,Caspase一3功能缺失通过抑制神经元凋亡致 NTDs明显发生。另有报道‘1 RA可以抑制过氧 化氢或吡咯烷二硫氨基甲酸诱导的细胞凋亡。RA 抑制细胞凋亡有两种方式:一种方式是通过与维A 酸受体RAR/RXR结合,降低c—fos/c-jun基因表达 来抑制细胞凋亡;另一种则是以维A酸受体非依赖 方式,抑制c-jun氮末端激酶活性从而抑制细胞凋 亡¨ 。另外,RA可通过上调腭突中表皮细胞生 长因子受体(epidermal growth factor receptor,EGFR) 表达,促进表皮细胞生长因子与EGFR结合,从而阻 止腭突内侧缘上皮细胞凋亡¨ 。因此推测RA可 能以RAR依赖的形式或其他核受体非依赖形式干 扰了正常细胞凋亡,从而导致神经管闭合缺陷的 发生。 另外,本实验结果还显示,Caspase-3在实验组 RA处理后,于神经管闭合期表达明显被抑制,神经 管闭合后其表达水平有明显回升过程,可能是因为 前期细胞凋亡过度抑制而由机体反馈机制产生的一 种代偿作用。 在胚胎生长发育过程中,一系列相关基因严密 控制着细胞的增值、分化、凋亡,也控制着各种器官 的形态发生,干扰这些基因的正常表达,可能会影响 一些关键的相关发育生物事件,从而导致各种畸形 发生。本实验中,RA于神经管闭合期同时下调了 RARer/13、B-catenin及Caspase.3的基因表达水平。 RA诱导的基因表达失调可能干扰了神经管闭合早 期的相关发育生物学事件而致NTDs的发生,然而 其确切机制有待进一步验证。 J Bengbu Med Coil,June 2012,Vo1.37,No.6 [ 参 考 文 献 ] [1]Zhang YP,Lju K,Gao YM,et a1.Modulation of dishevelled and vang[2 by all--trans—-retinoic acid in the developing mouse central nervous system and its relationship to teratogenesis[J].Aeta Biochim Biophys Sin,2007,39(9):641—648. 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