硫酸乙酰肝素酶在NGF诱导的PC12神经突生成中的作用及硫酸乙酰肝素类似物的结构和构象及其活性研究

作     者：崔恒祥 

作者单位：华东师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张红锋;丁侃

授予年度：2008年

学科分类：1008[医学-中药学(可授医学、理学学位)] 1006[医学-中西医结合] 1001[医学-基础医学(可授医学、理学学位)] 10[医学] 100602[医学-中西医结合临床] 

主      题：硫酸乙酰肝素酶 神经突生成 MAPK p38 硫酸化多糖 抗氧化剂 

摘      要：硫酸乙酰肝素酶(heparanase)是哺乳动物细胞中β-D-糖苷内切酶,能降解硫酸乙酰肝素蛋白聚糖糖链(heparan sulfate proteoglycans,HSPGs),参与细胞外基质和基底膜重建。此外,其酶活性和肿瘤侵袭和炎症等生理病理过程。同时,该酶也表达于粒细胞,星形胶质细胞,神经元和大鼠脊髓白质神经胶质等正常细胞。在发育过程中,硫酸乙酰肝素酶出现在小鼠早期胚胎及鸡血管和神经系统,但其功能少有报道。 大鼠嗜铬瘤PC12细胞在神经生长因子(NGF)作用下能分化为交感神经样细胞。与该过程表型变化相关的是神经递质的合成,电可兴奋性的获得,及通过神经突生成的过程(neuritogenesis)产生被称为神经突的神经元样伸展。神经突生成是一复杂的过程,牵涉到生长的神经突(neurite)与细胞外基质之间复杂多样的作用。由于硫酸乙酰肝素酶广泛表达于神经系统,故我们以NGF诱导PC12细胞神经突生成为模型,研究硫酸乙酰肝素酶在神经突生成中的作用。 研究发现,50ng/ml NGF作用于PC12细胞16小时,硫酸乙酰肝素酶基因(HSPE)的mRNA水平显著升高;硫酸乙酰肝素酶化学抑制剂苏拉明(suramin,50uM)能显著抑制NGF诱导的PC12神经突生成。利用短发夹RNA(short hairpinRNA,shRNA)干扰技术沉默HSPE,筛选稳定细胞株。经RT-PCR,western blot方法检测出了稳定低表达硫酸乙酰肝素酶的细胞株sh-7。转染人HSPE全长cDNA至PC12细胞,挑选稳定高表达人源硫酸乙酰肝素酶的细胞株,经过RT-PCR和western blot检测,获得了稳定高表达人硫酸乙酰肝素酶的细胞株9406。以未转染的PC12细胞及转染相应空质粒的细胞为对照,利用NGF(25ng/ml)分别诱导sh-7,9406细胞神经突生成。结果发现,NGF作用72小时,9406细胞神经突生成增强,而sh-7的神经突生成受到了抑制。进一步机制研究发现,9406中p38 MAPK磷酸化水平增强,而sh-7中p38 MAPK磷酸化水平降低。 Heparanase能在特定位点催化HSPG的HS链降解,从而释放出HS片段。HS由N-乙酰葡萄糖和葡萄糖醛酸二糖重复单元组成,经不同的酶修饰后,在其不同位点会有硫酸基团取代形成高负电性分子,能与数百种功能性蛋白结合,从而影响细胞增殖、分化和形态发生。受此启发,我们尝试制备了HS结构有类似的多糖类硫酸化衍生物,并对其生物活性进行了研究。 从中药葛根(Pueraria lobata(Willd.)Ohwi)中提取了粗多糖PLB。依次利用DEAE-纤维素柱层析和G-150凝胶柱层析分离纯化,获得均一多糖组分PLB-2C。利用糖组成分析、甲基化分析等方法结合核磁共振技术(H NMR、C NMR、HSQC、HMBC)研究了PLB-2C的化学结构,表明PLB-2C为一线型(1,6)-α-D-葡聚糖。尺寸排除色谱和激光光散射联用仪(SEC-LLS)揭示PLB-2C的构象为无规线团。利用氯磺酸-吡啶法制备了HS类似物——PLB-2C的硫酸化衍生物PLB-2CS。C NMR证实PLB-2CS为2,3,4位发生硫酸化取代的(1,6)-α-D-葡聚糖。体外活性试验表明PLB-2C和PLB-2CS都不能诱导PC12细胞神经突生成。然而,用MTT方法对PLB-2CS的生物活性进行研究时,发现PLB-2CS具有减低HO对PC12的损伤作用。 综上所述,硫酸乙酰肝素酶很可能通过增强p38 MAPK磷酸化信号通路促进NGF诱导的PC12神经突生成;制备的硫酸乙酰肝素类似物不能诱导PC12细胞神经突生成,这也暗示或许是HS结合的生长因子才起增强神经突生成的作用。PLB-2CS具有抗氧化作用,提示HS类似物也可作为抗氧化剂。