詹 劍, 李小瓊, 郝仁方
金釵石斛多糖上調(diào)鋅指蛋白A20表達(dá)減輕大鼠缺血性腦損傷
詹 劍1, 李小瓊2, 郝仁方1
目的 觀察金釵石斛多糖調(diào)控鋅指蛋白A20表達(dá)抑制NF-κB信號通路減輕大鼠缺血-再灌注腦損傷的作用機制。方法 SD大鼠隨機分為假手術(shù)組、腦缺血-再灌注模型組、金釵石斛多糖治療組(200 mg/kg)、金釵石斛多糖治療+A20沉默組和金釵石斛多糖治療+空病毒載體組。建立局灶性腦缺血-再灌注模型,觀察金釵石斛多糖對鋅指蛋白A20 mRNA和蛋白表達(dá)的影響。比較各組大鼠神經(jīng)功能評分和腦梗死體積,檢測磷酸化IKKβ蛋白和胞核p65蛋白的表達(dá)量。結(jié)果 分別從再灌注6 h和12 h開始,金釵石斛多糖治療組大鼠腦組織A20 mRNA和蛋白水平均較腦缺血-再灌注模型組明顯增高(均P<0.01)。同腦缺血-再灌注模型組相比,金釵石斛多糖治療組大鼠神經(jīng)功能評分明顯改善(P<0.001),腦梗死體積明顯減小(P<0.01),腦組織磷酸化IKKβ和胞漿p65表達(dá)水平均明顯下降(分別為P<0.001,P<0.01);而A20沉默則逆轉(zhuǎn)了金釵石斛多糖上述治療效果,各項指標(biāo)均明顯惡化(均P<0.01)。結(jié)論 金釵石斛多糖通過上調(diào)鋅指蛋白A20表達(dá)抑制NF-κB信號通路減輕大鼠缺血性腦損傷。
金釵石斛多糖; 腦缺血-再灌注損傷; 鋅指蛋白A20; NF-κB信號通路
眾所周知,腦缺血-再灌注早期誘發(fā)的炎癥過度反應(yīng)激活多種病理機制,造成嚴(yán)重的繼發(fā)性腦損傷。NF-κB信號通路則是激活和維持腦缺血-再灌注早期炎癥過度反應(yīng)的中心環(huán)節(jié)。研究表明,IKKβ磷酸化是NF-κB信號通路激活的關(guān)鍵。而鋅指蛋白A20則通過阻斷IKKβ磷酸化,抑制NF-κB信號通路激活,發(fā)揮強大的抗炎作用[1]。我們在前期研究[2]中發(fā)現(xiàn)金釵石斛多糖能夠降低LPS誘導(dǎo)的小鼠巨噬細(xì)胞TNF-α、NO等的釋放,顯著抑制炎癥反應(yīng);并在后續(xù)研究[3]中發(fā)現(xiàn),金釵石斛多糖明顯降低大鼠腦缺血-再灌注區(qū)炎癥反應(yīng)減輕腦損傷和抑制NF-κB信號通路激活有關(guān),但具體機制尚需明確。因此,本研究進(jìn)一步觀察金釵石斛多糖對大鼠腦缺血-再灌注區(qū)鋅指蛋白A20表達(dá)的影響,揭示金釵石斛多糖上調(diào)鋅指蛋白A20表達(dá)水平抑制NF-κB信號通路的作用機制。為深入理解金釵石斛多糖抗炎作用的分子生物學(xué)機制提供證據(jù)。
1.1 動物 體重280~320 g的無特定病原(SPF)級雄性Sprague-Dawley 大鼠購于第三軍醫(yī)大學(xué)醫(yī)學(xué)實驗動物中心,許可證號:SCXK(渝)2012-0005,所有動物在處置前均適應(yīng)性飼養(yǎng)至少1 w。
1.2 藥品 根據(jù)我們前期的研究成果[4]并加以改進(jìn),采用水提醇沉法提取金釵石斛粗多糖,再用DEAE Sepharose Fast Flow色譜柱純化,經(jīng)真空冷凍干燥后得到白色粉末,用苯酚-硫酸法測出金釵石斛多糖含量為98.1%,滿足實驗需要。
1.3 主要的試劑和儀器 A20 shRNA慢病毒購自上海吉凱基因公司,2,3,5-氯化三苯基四氮唑(TTC)購自美國Sigma-Aldrich公司;Trizol試劑盒、逆轉(zhuǎn)錄試劑盒(PrimeScriptTM RT with gDNA Eraser)和SYBR Green 反應(yīng)體系(SYBR Premix Ex TaqTM Ⅱ)均購自日本Takara Biotechnology公司;所使用的一抗包括:抗-A20 兔單克隆抗體(ab92324)購自美國Abcam公司,抗-磷酸化IKKβ(Ser176/180)兔單克隆抗體和抗-NF-κB p65小鼠單克隆抗體購自美國Cell Signaling Technology公司;相應(yīng)的辣根過氧化物酶標(biāo)記的羊抗兔二抗和羊抗小鼠二抗購自美國Proteintech公司。所需儀器均由所在實驗室提供。
1.4 動物分組和給藥 SD大鼠隨機分為5組:假手術(shù)組(Sham)、腦缺血-再灌注模型組(MCAO)、金釵石斛多糖治療組(MCAO+DT,200 mg/kg)、金釵石斛多糖治療+A20沉默組(MCAO+DT+LV-shA20)和金釵石斛多糖治療+空病毒載體組(MCAO+DT+Vehicle)。術(shù)前7 d開始灌胃給藥,每天一次。假手術(shù)組和單純腦缺血-再灌注組給予等體積的生理鹽水灌胃。每項試驗每組均隨機選取5只大鼠供檢測。
1.5 局灶腦缺血-再灌注大鼠模型的建立 參考Zea Longa等[5,6]的方法, 10%的水合氯醛(0.35 ml /100 g)腹腔注射麻醉大鼠,沿正中線切開頸部皮膚,分離并結(jié)扎右側(cè)頸總動脈和右側(cè)頸外動脈根部。將MCAO栓線(直徑約0.24 mm,沙東生物公司,北京)圓頭端從右側(cè)頸總動脈距分叉處約4 mm剪一小口插入并進(jìn)入頸內(nèi)動脈,插入深度為18~20 mm,實現(xiàn)大腦中動脈供血區(qū)局灶性腦缺血。經(jīng)過缺血2 h后,緩慢拔出栓線約10 mm,實現(xiàn)大腦中動脈復(fù)流,再灌注24 h 進(jìn)行相關(guān)檢查。手術(shù)后保溫,常規(guī)飼養(yǎng)。假手術(shù)組不插入線栓,其余同模型組。
1.6 A20基因沉默 在造模前10 d,將慢病毒(LV-shA20,濃度為5×108TU/ml)5 μl經(jīng)側(cè)腦室注射轉(zhuǎn)染腦組織,并用相應(yīng)濃度和劑量的空病毒(LV-Vehicle)作為陰性對照。A20基因干擾的效果由實時熒光定量PCR和蛋白免疫印跡檢測證實。
1.7 局灶性缺血-再灌注后腦損害的評價
1.7.1 神經(jīng)功能評分 再灌注24 h,參照Bederson等[7]的5分評分法對大鼠神經(jīng)功能進(jìn)行盲評:0分:無明顯神經(jīng)功能缺損癥狀;1分:提尾懸空時,左前肢屈曲,但不伴有其他異常;2分:大鼠置于光滑地面,用手推左側(cè)肩,其抵抗力較右側(cè)下降,但自由活動時不轉(zhuǎn)圈;3分:置于光滑地面爬行時向左側(cè)傾倒或不自主向左側(cè)轉(zhuǎn)圈;4分:肢體無自發(fā)活動或意識不清。評分在1~3分者,視為造模成功。
1.7.2 TTC染色法腦梗死體積的測定 再灌注24 h 將大鼠處死后迅速斷頭取腦,放入-20 ℃ 冰箱冷凍20 min,然后從額極后5 mm處開始從前至后連續(xù)切出2 mm厚的冠狀位腦片,并在37 ℃ 避光條件下于2% TTC 溶液中浸泡30 min。這時腦片中蒼白部分為梗死區(qū)域,其余部分顯示為鮮紅色。將腦片依次排列好,拍照后傳入圖像分析軟件進(jìn)行檢測。腦梗死體積以占大腦總體積的百分比標(biāo)示。
1.8 RT-qPCR檢測 于再灌注24 h,在無菌滅酶的條件下,取出大鼠缺血腦組織充分勻漿,采用Trizol試劑盒提取總RNA,并按制造商的說明將總RNA逆轉(zhuǎn)錄為cDNA,-20 ℃ 保存待用。RT-qPCR采用SYBR Green 反應(yīng)體系在PCR測定儀上進(jìn)行檢測,反應(yīng)參數(shù)設(shè)定為:復(fù)溫95 ℃,30 sec;退火60 ℃,30 sec,40循環(huán)。計算相對mRNA表達(dá)量。目的基因A20上游引物為:5’-GACCACGGCACGACTCACCT-3’,下游引物為:5’-GGACAGTTGGG CGTCTCACAT-3’;內(nèi)參β-actin的上游引物為:5’-ACGGTCAGGTCATCA CTATCG-3’,下游引物為:5’-GGCATAGAGGTCTTTACGGATG-3’。
1.9 Western blot檢測 于再灌注24 h處死大鼠,選取缺血區(qū)腦組織放入蛋白酶抑制劑裂解緩沖液中充分勻漿,經(jīng)過4 ℃ 12000 rpm 離心10 min后,抽取上清液。并采用胞核蛋白提取試劑盒(no.P0027,碧云天公司,上海,中國)提取胞核蛋白。利用10%的SDS-PAGE凝膠電泳分離,再將蛋白電轉(zhuǎn)到PVDF膜上,用含有5%的脫脂奶粉的TBST 緩沖液進(jìn)行非特異性抗原封閉,然后在4 ℃ 孵育一抗(1∶500稀釋)過夜。經(jīng)過充分洗膜后,用相應(yīng)的二抗(1∶2000稀釋)在37 ℃ 孵育2 h。用凝膠成像儀對條帶顯影,并對免疫印跡進(jìn)行蛋白含量檢測。
2.1 金釵石斛多糖明顯上調(diào)大鼠缺血-再灌注腦組織中A20的表達(dá) 從再灌注6 h開始,各時間點金釵石斛多糖治療組大鼠A20 mRNA表達(dá)水平均較腦缺血-再灌注組明顯增高(各時間點P<0.001),并且高峰期提前到再灌注12 h;雖然單純?nèi)毖?再灌注組大鼠A20 mRNA表達(dá)水平較假手術(shù)組也有明顯升高(各時間點P<0.001)(見圖1A),但再灌注24 h之后迅速下降。相似地,從再灌注12 h開始,各時間點金釵石斛多糖組大鼠A20 蛋白表達(dá)水平均較缺血-再灌注模型組明顯增高(分別為P<0.001,P<0.001,P<0.01,P<0.01);而缺血-再灌注模型組僅在再灌注12 h、24 h、48 h 3個時間點較假手術(shù)組明顯升高(分別為P<0.05,P<0.001,P<0.05)(見圖1B、1C)。
2.2 A20基因沉默極大地削弱了金釵石斛多糖的腦保護作用 同腦缺血-再灌注模型組相比,金釵石斛多糖治療組大鼠神經(jīng)功能評分明顯改善(P<0.001),腦梗死體積明顯減小(P<0.01);而金釵石斛多糖治療+A20沉默組大鼠同金釵石斛多糖治療組相比,神經(jīng)功能評分明顯惡化(P<0.001),腦梗死體積明顯增大(P<0.01);金釵石斛多糖治療+空病毒載體組和金釵石斛多糖治療組大鼠之間的神經(jīng)功能評分和腦梗死體積則沒有明顯的差異性(P>0.05)(見表1)。以上實驗結(jié)果提示金釵石斛多糖明顯減輕大鼠腦缺血-再灌注損傷,而上調(diào)鋅指蛋白A20表達(dá)在金釵石斛多糖的腦保護機制中發(fā)揮關(guān)鍵作用。
2.3 A20基因沉默同樣削弱了金釵石斛多糖對NF-κB信號通路的抑制作用 于再灌注24 h,同假手術(shù)組相比,腦缺血-再灌注模型組p-IKKβ和nuclear-p65表達(dá)水平明顯升高(分別為P<0.001,P<0.001);而同腦缺血-再灌注模型組相比,金釵石斛多糖治療組p-IKKβ和nuclear-p65表達(dá)水平均明顯下降(分別為P<0.001,P<0.01);隨著A20基因沉默,金釵石斛多糖治療+A20沉默組p-IKKβ和nuclear-p65表達(dá)水平比金釵石斛多糖治療組均明顯升高(分別為P<0.001,P<0.001);而金釵石斛多糖治療組和金釵石斛多糖治療+空病毒載體組p-IKKβ和nuclear-p65表達(dá)水平則無顯著性差異(分別為P>0.05,P>0.05)(見圖2)。
表1 鋅指蛋白A20對金釵石斛多糖發(fā)揮缺血-再灌注腦保護作用的影響
與單純?nèi)毖?再灌注組比較*P<0.01,**P<0.001;與金釵石斛多糖治療組比較△P>0.05,#P<0.01,##P<0.001
A:再灌注各時間點,金釵石斛多糖對A20 mRNA水平的影響。與單純?nèi)毖?再灌注組比較***P<0.001;與假手術(shù)組比較###P<0.001。B、C:再灌注各時間點,金釵石斛多糖對A20蛋白水平的影響。與單純?nèi)毖?再灌注組比較**P<0.01,***P<0.001;與假手術(shù)組比較#P<0.05,###P<0.001
圖1 金釵石斛多糖對大鼠局灶性缺血/再灌注腦區(qū)A20表達(dá)的影響
A、C:再灌注24 h,免疫印跡法檢測各組大鼠缺血/再灌注腦組織p-IKKβ表達(dá)水平***P<0.001。B、D:再灌注24 h,免疫印跡法檢測各組大鼠缺血-再灌注腦組織nuclear-p65表達(dá)水平,**P< 0.01,***P< 0.001。β-actin作為總蛋白內(nèi)參,lamin B作為胞核蛋白內(nèi)參
圖2 A20對金釵石斛多糖抑制NF-κB信號通路作用的影響
本研究所采用的大腦中動脈線栓大鼠模型,適用于模擬人類腦缺血/再灌注后的病理生理過程。我們在既往研究[3]中發(fā)現(xiàn),大鼠缺血-再灌注區(qū)腦組織TNF-α、IL-1β等促炎因子水平明顯升高,炎癥細(xì)胞激活聚集,而高劑量組金釵石斛多糖(200 mg/kg)能夠顯著抑制該區(qū)域炎癥反應(yīng),減輕腦組織損傷,揭示金釵石斛多糖治療腦梗死的藥用價值,但具體作用機制需要進(jìn)一步闡明。鋅指蛋白A20最初是作為TNF-α誘導(dǎo)的抗炎因子而被發(fā)現(xiàn)[8,9],現(xiàn)已經(jīng)明確A20對IL-1β、TOLL樣受體等多條炎癥信號途徑均有阻斷作用,被認(rèn)為是炎癥反應(yīng)中關(guān)鍵性的內(nèi)源性保護因子[10~12]。Renata等[13]發(fā)現(xiàn)在腦組織中A20表達(dá)是抑制炎癥反應(yīng)必不可少的環(huán)節(jié)。而在本研究中,我們發(fā)現(xiàn)單純?nèi)毖?再灌注組大鼠腦組織中A20 mRNA和蛋白水平均較假手術(shù)組明顯增加,提示A20參與了腦缺血-再灌注后炎癥反應(yīng)的調(diào)控過程。值得重視的是,在金釵石斛多糖調(diào)節(jié)A20表達(dá)的檢測中,我們發(fā)現(xiàn),金釵石斛多糖治療組大鼠腦組織與單純?nèi)毖?再灌注組相比,A20 mRNA表達(dá)峰值提前,表達(dá)水平顯著提高, A20蛋白合成也相應(yīng)明顯增多并且高表達(dá)的持續(xù)時間延長,表明金釵石斛多糖能夠明顯上調(diào)大鼠缺血-再灌注腦組織鋅指蛋白A20的表達(dá)。并且再灌注24 h,金釵石斛多糖治療組大鼠與單純?nèi)毖?再灌注組大鼠相比,神經(jīng)功能評分明顯下降,腦梗死體積明顯縮小,有統(tǒng)計學(xué)意義,提示金釵石斛多糖可能通過上調(diào)鋅指蛋白A20的表達(dá)減輕腦缺血-再灌注損傷,我們進(jìn)一步采用基因沉默的方法,阻斷大鼠腦組織中鋅指蛋白A20表達(dá)。這時我們發(fā)現(xiàn),金釵石斛多糖治療+A20沉默組大鼠與金釵石斛多糖治療組大鼠相比,神經(jīng)功能評分明顯升高,腦梗死體積明顯擴大,說明阻斷鋅指蛋白A20表達(dá)將嚴(yán)重削弱金釵石斛多糖的腦保護作用,從而證實鋅指蛋白A20確是金釵石斛多糖發(fā)揮缺血-再灌注后腦保護作用的關(guān)鍵調(diào)控靶點。
如前所述,NF-κB信號通路是激活和維持腦缺血-再灌注早期炎癥過度反應(yīng)的中心環(huán)節(jié),IKKβ磷酸化是NF-κB信號通路激活的樞紐,而鋅指蛋白A20則通過多種泛素編輯機制阻斷IKKβ磷酸化[14~17]。在正常生理條件下,NF-κB信號通路處于兩者嚴(yán)格的調(diào)控機制之下,能夠避免過度持續(xù)激活對機體帶來的傷害。而在本研究則發(fā)現(xiàn),再灌注24 h,單純?nèi)毖?再灌注組大鼠腦組織中鋅指蛋白A20雖有升高(較假手術(shù)組升高約3.9倍),但遠(yuǎn)不及磷酸化IKKβ升高明顯(較假手術(shù)組升高約13.2倍),說明腦組織發(fā)生缺血-再灌注損傷后,該信號通路抑制和激活兩方面的調(diào)控力量失去平衡,鋅指蛋白A20不能有效抑制IKKβ磷酸化,導(dǎo)致下游NF-κB信號通路活化,啟動炎癥反應(yīng)持續(xù)過度激活;引起血腦屏障損傷和腦水腫,這是卒中后患者早期死亡的主要原因[18,19],還能激活溶酶體反應(yīng),氧化應(yīng)激反應(yīng)等多種病理損傷機制[20],加重腦缺血-再灌注損傷。而在金釵石斛多糖治療組大鼠腦組織中,隨著鋅指蛋白A20表達(dá)水平明顯上調(diào)(較假手術(shù)組升高約9.7倍),磷酸化IKKβ水平顯著下降(較假手術(shù)組僅升高約4.8倍),此消彼長,NF-κB信號通路活性被控制,因而金釵石斛多糖抑制了腦缺血-再灌注早期發(fā)生的炎癥過度反應(yīng)。
為進(jìn)一步印證上調(diào)鋅指蛋白A20表達(dá)確實是金釵石斛多糖抑制NF-κB信號通路的關(guān)鍵機制,我們?nèi)匀徊捎肁20基因沉默的方法。果然,阻斷大鼠腦組織中鋅指蛋白A20表達(dá)極大地削弱了金釵石斛多糖抑制IKKβ磷酸化和NF-κBp65核轉(zhuǎn)位的作用。綜上所述,本研究從分子生物學(xué)角度闡明了上調(diào)鋅指蛋白A20表達(dá)是金釵石斛多糖抑制NF-κB信號通路減輕大鼠缺血性腦損傷的關(guān)鍵機制。
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Dendrobium nobile polysaccharides mitigate SD rats cerebral ischemia injury by upregulating zinc finger protein A20
ZHANJian,LIXiaoqiong,HAORenfang.
(DepartmentofNeurology,AffiliatedHospitalofMedicalCollege,Zunyi563000,China)
Objective To observe the effects of Dendrobium nobile polysaccharides regulating A20 to mitigate rat cerebral ischemia-reperfusion injury.Methods SD male rats were randomly allocated into Sham group,MCAO group,MCAO+DNP therapy (DT,200 mg/kg) group,MCAO+DT+LV-shA20 group,MCAO+DT+Vehicle group.By establishing MCAO rat model,the effects of DNP on A20 mRNA and protein expression were detected by RT-qPCR and Western blot.At same time rats neurological deficit score and infarct volume were compared in groups,and their phosphorylated IKKβ (p-IKKβ) protein and nuclear p65 protein levels were further investigated by Western blot.Results Compared with MCAO group,A20 mRNA and protein levels significantly elevated in MCAO+DT group at each time point (each time pointP<0.01) beginning from reperfusion 6 h and 12 h respectively in MCAO+DT group.Compared with MCAO group,MCAO+DT group rats shown significant improved neurological deficit score,smaller infarct volume,and decreased brain tissue p-IKKβ and nuclear p65 protein (P<0.001,P<0.01,P<0.001,P<0.01,respectively);however,A20 silencing significant worsen all the above index (eachP<0.01),as compared with MCAO+DT group.Conclusion DNP inhibit NF-κB signaling and attenuate SD rats cerebral ischemia injury by upregulating zinc finger protein A20.
Dendrobium nobile polysaccharides; Cerebral ischemia-reperfusion; Zinc finger protein; NF-κB signaling
1003-2754(2017)04-0332-04
2016-12-23;
2017-03-30
貴州省科學(xué)技術(shù)基金項目,黔科合J字LKZ(2012)18號;貴州省科技廳、遵義醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院聯(lián)合基金項目,黔科合LH字(2015)7476號;遵義醫(yī)學(xué)院碩士啟動基金項目,編號F-336
(1.遵義醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科,貴州 遵義 563000;2.遵義醫(yī)學(xué)院生物化學(xué)教研室,貴州 遵義 563000)
李小瓊, E-mail:lxq94@163.com
R743.3
A