鱼藤酮对大鼠认知功能及其海马Warburg效应和小胶质细胞极化的影响

胡宇; 唐慧玲; 田清; 张平; 邹伟; 唐小卿

doi:10.13471/j.cnki.j.sun.yat-sen.univ(med.sci).2021.0601

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

鱼藤酮对大鼠认知功能及其海马Warburg效应和小胶质细胞极化的影响

基础研究 | 更新时间：2024-02-19

- 鱼藤酮对大鼠认知功能及其海马Warburg效应和小胶质细胞极化的影响
- Effects of Rotenone on Cognitive Function as well as Hippocampal Warburg Effect and Microglia Polarization in Rats
- 中山大学学报（医学科学版） 2021年42卷第6期页码：801-807
- 作者机构：
  
  1.南华大学附属第一医院检验科，湖南衡阳421001
  2.南华大学附属第一医院神经疾病研究所，湖南衡阳421001
  3.南华大学衡阳医学院神经科学研究所，湖南衡阳421001
  4.南华大学附属南华医院神经病学教研室，湖南衡阳 421001
- 作者简介：
  
  胡宇，在读研究生，研究方向：神经退行性疾病，E-mail： huyu-usc@qq.com
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金(81771178);湖南省自然科学基金(2020JJ4553);湖南省临床医疗技术创新引导项目(2020SK51908)
- DOI：10.13471/j.cnki.j.sun.yat-sen.univ(med.sci).2021.0601
  中图分类号： R741.02
- 收稿：2021-05-06，
  
  纸质出版：2021-11-20
- 稿件说明：
移动端阅览
胡宇,唐慧玲,田清等.鱼藤酮对大鼠认知功能及其海马Warburg效应和小胶质细胞极化的影响[J].中山大学学报（医学科学版）,2021,42(06):801-807.

HU Yu,TANG Hui-ling,TIAN Qing,et al.Effects of Rotenone on Cognitive Function as well as Hippocampal Warburg Effect and Microglia Polarization in Rats[J].Journal of Sun Yat-sen University(Medical Sciences),2021,42(06):801-807.
胡宇,唐慧玲,田清等.鱼藤酮对大鼠认知功能及其海马Warburg效应和小胶质细胞极化的影响[J].中山大学学报（医学科学版）,2021,42(06):801-807. DOI： 10.13471/j.cnki.j.sun.yat-sen.univ(med.sci).2021.0601.

HU Yu,TANG Hui-ling,TIAN Qing,et al.Effects of Rotenone on Cognitive Function as well as Hippocampal Warburg Effect and Microglia Polarization in Rats[J].Journal of Sun Yat-sen University(Medical Sciences),2021,42(06):801-807. DOI： 10.13471/j.cnki.j.sun.yat-sen.univ(med.sci).2021.0601.

摘要

目的

探究鱼藤酮（ROT）对大鼠认知功能及其海马Warburg效应和小胶质细胞极化的影响。

方法

雄性SD大鼠随机分为对照组和ROT处理组。ROT处理组大鼠颈背部皮下注射ROT（2 mg/kg），对照组注射等量的溶剂。Y迷宫实验和新物体识别实验评估大鼠的认知功能，Western blot检测海马Warburg效应相关蛋白己糖激酶2（HK2）、丙酮酸激酶同工酶2（PKM2）、丙酮酸脱氢酶激酶1（PDK-1）、丙酮酸脱氢酶（PDH）、乳酸脱氢酶A（LDHA）和小胶质细胞极化标志性蛋白诱导型一氧化氮合成酶（iNOS）、精氨酸酶1（Arg-1）、几丁质酶3样分子3（Ym-1）的表达水平，乳酸试剂盒检测海马组织乳酸含量，Griess法测定海马组织一氧化氮（NO）含量，酶联免疫吸附测定法检测海马组织IL-1β、IL-4和TGF-β1含量。

结果

ROT处理组大鼠在Y迷宫实验中的正确交替率（

0.05）和在新物体识别实验中的识别指数（

0.001）较对照组降低，表明ROT损害大鼠的认知功能。ROT处理组大鼠海马组织HK2（

0.05）、PKM2（

0.01）、PDK-1（

0.05）和LDHA（

0.05）的表达下降，PDH的表达上升（

0.05），乳酸的含量减少（

0.05），表明ROT抑制大鼠海马Warburg效应。ROT处理组大鼠海马组织iNOS的表达增加（

0.05）、NO的含量增加（

0.05）、IL-1β的分泌增加（

0.01）、Arg-1（

0.01）和Ym-1（

0.01）的表达降低、IL-4（

0.05）和TGF-β1（

0.05）的分泌减少，表明ROT促进大鼠海马小胶质细胞M1极化。

结论

ROT可破坏大鼠的认知功能、抑制海马Warburg效应、促进海马小胶质细胞M1极化。

Abstract

Objective

To investigate the effects of rotenone （ROT） on cognitive function of rats， as well as on Warburg effect and microglia polarization in the hippocampus of rats.

Methods

Male Sprague Dawley （SD） rats were randomly divided into ROT-treated group and control group which were subcutaneously injected with ROT （2 mg/kg） and same volume of saline respectively. The cognitive function of rats was evaluated by Y-maze test and novel object recognition （NOR） test. Western blot （WB） was conducted to detect the expression levels of Warburg effect related proteins including hexokinase 2 （HK2）， pyruvate kinase isozyme M2 （PKM2）， pyruvate dehydrogenase kinase 1 （PDK-1）， pyruvate dehydrogenase （PDH）， and lactate dehydrogenase A （LDHA） in the hippocampus， as well as the expression levels of the microglia polarization marker proteins including inducible nitric oxide synthase （iNOS）， arginase-1 （Arg-1）， and chitinase 3-like protein 3 （Ym-1） in the hippocampus. The lactate production and concentration of nitric oxide （NO） in the hippocampus were determined by lactate assay kit and Griess method， respectively. Enzyme-linked immunosorbent assay was used to measure the levels of interleukin-1β （IL-1β）， interleukin-4 （IL-4）， and transforming growth factor β1 （TGF-β1） in the hippocampus.

Results

The ROT-treated rats showed impaired cognitive function， presented as a significantly lower alternation rate （

0.05） in Y-maze test and recognition index （

0.001） in NOR test compared with control rats. In the hippocampus of ROT-treated rats， the expressions of HK2 （

0.05）， PKM2 （

0.01）， PDK-1 （

0.05） and LDHA （

0.05） were downregulated， The PDH expression was upregulated （

0.05）， and the lactate production （

0.05） was reduced， indicating that ROT inhibited Warburg effect in the hippocampus of rats. The hippocampus of ROT-treated rats also exhibited increased iNOS expression （

0.05）， NO concentration （

0.05）， and IL-1β level （

0.01）， decreased expression of Arg-1（

0.01） and Ym-1 （

0.01）， and reduced levels of IL-4 （

0.05） and TGF-β1 （

0.05）， indicating that ROT promoted M1 polarization of hippocampal microglia.

Conclusion

ROT impairs the cognitive function of rats， inhibits the hippocampal Warburg effect and promotes M1 polarization of hippocampal microglia.

关键词

Keywords

references

Cosgrove J ， Alty JE ， Jamieson S . Cognitive impairment in Parkinson's disease ［J］. Postgrad Med J ， 2015 ， 91 （ 1074 ）： 212 -220.

Johnson ME ， Bobrovskaya L . An update on the rotenone models of Parkinson's disease： their ability to reproduce the features of clinical disease and model gene-environment interactions ［J］. Neurotoxicology ， 2015 ， 46 ： 101 - 116 .

Warburg O . On the origin of cancer cells ［J］. Science ， 1956 ， 123 （ 3191 ）： 309 - 314 .

Magistretti PJ . Synaptic plasticity and the Warburg effect ［J］. Cell Metab ， 2014 ， 19 （ 1 ）： 4 - 5 .

Goyal MS ， Hawrylycz M ， Miller JA ， et al . Aerobic glycolysis in the human brain is associated with development and neotenous gene expression ［J］. Cell Metab ， 2014 ， 19 （ 1 ）： 49 - 57 .

Franco R ， Fernandez-Suarez D . Alternatively activated microglia and macrophages in the central nervous system ［J］. Prog Neurobiol ， 2015 ， 131 ： 65 - 86 .

Li J ， Shi C ， Ding Z ， et al . Glycogen synthase kinase 3beta promotes postoperative cognitive dysfunction by inducing the M1 polarization and migration of microglia ［J］. Mediators Inflamm ， 2020 ， 2020 ： 7860829 .

Liao YL ， Zhou XY ， Ji MH ， et al . S100A9 upregulation contributes to learning and memory impairments by promoting microglia M1 polarization in sepsis survivor mice ［J］. Inflammation ， 2021 ， 44 （ 1 ）： 307 - 320 .

Kaur H ， Chauhan S ， Sandhir R . Protective effect of lycopene on oxidative stress and cognitive decline in rotenone induced model of Parkinson's disease ［J］. Neurochem Res ， 2011 ， 36 （ 8 ）： 1435 - 1443 .

Harris RA ， Tindale L ， Lone A ， et al . Aerobic glycolysis in the frontal cortex correlates with memory performance in wild-type mice but not the APP/PS1 mouse model of cerebral amyloidosis ［J］. J Neurosci ， 2016 ， 36 （ 6 ）： 1871 - 1878 .

Pena-Altamira E ， Petralla S ， Massenzio F ， et al . Nutritional and pharmacological strategies to regulate microglial polarization in cognitive aging and Alzheimer's disease ［J］. Front Aging Neurosci ， 2017 ， 9 ： 175 .

Parkhe A ， Parekh P ， Nalla LV ， et al . Protective effect of alpha mangostin on rotenone induced toxicity in rat model of Parkinson's disease ［J］. Neurosci Lett ， 2020 ， 716 ： 134652 .

Schwartz L ， Supuran CT ， Alfarouk KO . The Warburg effect and the hallmarks of cancer ［J］. Anticancer Agents Med Chem ， 2017 ， 17 （ 2 ）： 164 - 170 .

Feng J ， Zhang Q ， Li C ， et al . Enhancement of mitochondrial biogenesis and paradoxical inhibition of lactate dehydrogenase mediated by 14-3-3eta in oncocytomas ［J］. J Pathol ， 2018 ， 245 （ 3 ）： 361 - 372 .

Le Douce J ， Maugard M ， Veran J ， et al . Impairment of glycolysis-derived l-serine production in astrocytes contributes to cognitive deficits in Alzheimer's disease ［J］. Cell Metab ， 2020 ， 31 （ 3 ）： 503 - 517 e8 .

Chen SM ， Li M ， Xie J ， et al . Hydrogen sulfide attenuates postoperative cognitive dysfunction through promoting the pathway of Warburg effect-synaptic plasticity in hippocampus ［J］. Toxicol Appl Pharmacol ， 2020 ， 409 ： 115286 .

Kaur G ， Han SJ ， Yang I ， et al . Microglia and central nervous system immunity ［J］. Neurosurg Clin N Am ， 2010 ， 21 （ 1 ）： 43 - 51 .

Paolicelli RC ， Bolasco G ， Pagani F ， et al . Synaptic pruning by microglia is necessary for normal brain development ［J］. Science ， 2011 ， 333 （ 6048 ）： 1456 - 1458 .

Diaz-Aparicio I ， Paris I ， Sierra-Torre V ， et al . Microglia actively remodel adult hippocampal neurogenesis through the phagocytosis secretome ［J］. J Neurosci ， 2020 ， 40 （ 7 ）： 1453 - 1482 .

Yao K ， Zu HB . Microglial polarization： novel therapeutic mechanism against Alzheimer's disease ［J］. Inflammopharmacology ， 2020 ， 28 （ 1 ）： 95 - 110 .

Yang HC ， Zhang M ， Wu R ， et al . C-C chemokine receptor type 2-overexpressing exosomes alleviated experimental post-stroke cognitive impairment by enhancing microglia/macrophage M2 polarization ［J］. World J Stem Cells ， 2020 ， 12 （ 2 ）： 152 - 167 .

Du C ， Jin M ， Hong Y ， et al . Downregulation of cystathionine beta-synthase/hydrogen sulfide contributes to rotenone-induced microglia polarization toward M1 type ［J］. Biochem Biophys Res Commun ， 2014 ， 451 （ 2 ）： 239 - 245 .

Wang H ， Peng G ， Wang B ， et al . IL-1R（-/-） alleviates cognitive deficits through microglial M2 polarization in AD mice ［J］. Brain Res Bull ， 2020 ， 157 ： 10 - 17 .

Zhang D ， Li S ， Hou L ， et al . Microglial activation contributes to cognitive impairments in rotenone-induced mouse Parkinson's disease model ［J］. J Neuroinflammation ， 2021 ， 18 （ 1 ）： 4 .

Slusarczyk J ， Trojan E ， Glombik K ， et al . Targeting the NLRP3 inflammasome-related pathways via tianeptine treatment-suppressed microglia polarization to the M1 phenotype in lipopolysaccharide-stimulated cultures ［J］. Int J Mol Sci ， 2018 ， 19 （ 7 ）： 1965 .

de Araujo Boleti AP ， de Oliveira Flores TM ， Moreno SE ， et al . Neuroinflammation： An overview of neurodegenerative and metabolic diseases and of biotechnological studies ［J］. Neurochem Int ， 2020 ， 136 ： 104714 .

Li L ， Li L ， Zhang J ， et al . Disease stage-associated alterations in learning and memory through the electroacupuncture modulation of the cortical microglial M1/M2 polarization in mice with Alzheimer's disease ［J］. Neural Plast ， 2020 ， 2020 ： 8836173 .

浏览量

181

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

中药调控PI3K/Akt信号通路治疗帕金森病的机制研究进展

针刺调节BDNF/TrkB信号通路改善中枢神经系统疾病的研究进展

髓系细胞触发受体２在认知功能障碍中相关机制的研究进展