Tetanic contraction induces enhancement of fatigability and sarcomeric damage in atrophic skeletal muscle and its underlying molecular mechanisms

Muscle unloading due to long-term exposure of weightlessness or simulated weightlessness causes atrophy, loss of functional capacity, impaired locomotor coordination, and decreased resistance to fatigue in the antigravity muscles of the lower limbs. Besides reducing astronauts＇ mobility in space and on returning to a gravity environment, the molecular mechanisms for the adaptation of skeletal muscle to unloading also play an important medical role in conditions such as disuse and paralysis. The tail-suspended rat model was used to simulate the effects of weightlessness on skeletal muscles and to induce muscle unloading in the rat hindlimb. Our series studies have shown that the maximum of twitch tension and the twitch duration decreased significantly in the atrophic soleus muscles, the maximal tension of high-frequency tetanic contraction was significantly reduced in 2-week unloaded soleus muscles, however, the fatigability of high- frequency tetanic contraction increased after one week of unloading. The maximal isometric tension of intermittent tetanic contraction at optimal stimulating frequency did not alter in 1- and 2-week unloaded soleus, but significantly decreased in 4-week unloaded soleus. The 1-week unloaded soleus, but not extensor digitorum Iongus （EDL）, was more susceptible to fatigue during intermittent tetanic contraction than the synchronous controls. The changes in K＋ channel characteristics may increase the fatigability during high-frequency tetanic contraction in atrophic soleus muscles. High fatigability of intermittent tetanic contraction may be involved in enhanced activity of sarcoplasmic reticulum Ca2＋-ATPase （SERCA） and switching from slow to fast isoform of myosin heavy chain, tropomyosin, troponin I and T subunit in atrophic soleus muscles. Unloaded soleus muscle also showed a decreased protein level of neuronal nitric oxide synthase （nNOS）, and the reduction in nNOS-derived NO increased frequency of calcium sparks and elevated intracellular resting Ca2＋ concentration （[Ca2＋]i） in unloaded soleus muscles. High [Ca2＋]i activated calpain-1 which induced a higher degradation of desmin. Desmin degradation may loose connections between adjacent myofibrils and further misaligned Z-disc during repeated tetanic contractions. Passive stretch in unloaded muscle could preserve the stability of sarcoplasmic reticulum Ca2＋ release channels by means of keeping nNOS activity, and decrease the enhanced protein level and activity of calpain to control levels in unloaded soleus muscles. Therefore, passive stretch restored normal appearance of Z-disc and resisted in part atrophy of unloaded soleus muscles. The above results indicate that enhanced fatigability of high-frequency tetanic contraction is associated to the alteration in K＋ channel characteristics, and elevated SERCA activity and slow to fast transition of myosin heavy chain （MHC） isoforms increases fatigability of intermittent tetanic contraction in atrophic soleus muscle. The sarcomeric damage induced by tetanic contraction can be retarded by stretch in atrophic soleus muscles.     

大鼠脑缺血/再灌注后bFGF和GAP-43的表达与神经再生

目的:观察大鼠脑缺血/再灌注后不同时间段碱性成纤维生长因子(bFGF)和生长相关蛋白43(GAP-43)表达与神经元再生的变化,探讨其与神经再生的有关机制。方法:建立大鼠大脑中动脉阻塞模型(MCAO),并分为缺血再灌注3 d、7 d、14 d和28 d四组(n=6)。以神经损伤严重程度评分(NSS),运动评分测试(SMT)评估神经功能缺损程度,Nissl和TUNEL染色法观察不同时段缺血区周边组织神经元存活和凋亡情况,应用蛋白免疫印迹法和免疫荧光双标法检测缺血/再灌注后不同时段缺血区周边组织bFGF和GAP-43的表达水平和神经元再生的变化情况。结果:大鼠脑缺血/再灌注后3 d,大鼠出现了明显的神经功能缺损及运动功能障碍,缺血区周边组织神经元凋亡亦达到高峰,同时bFGF和GAP-43表达增强,7 d达到高峰,以后逐渐减弱,缺血周边组织可见散在的新生神经元,持续到28 d。结论:大鼠脑缺血/再灌注后内源性bFGF和GAP-43表达水平增加,可能与其神经修复和再生有关。     

川芎嗪对Aβ25-35诱导体外大鼠海马神经元细胞凋亡的影响

本文通过Aβ25-35诱导体外原代培养的SD乳大鼠海马神经元,建立Aβ毒性损伤细胞模型,结合AnnexinV-FITC/PI荧光双染法流式细胞术、MTT比色法、实时荧光定量PCR及Western blot方法检测川芎嗪(tetrameth-ylpyrazine,TMP)对原代培养的海马神经元细胞活性、早期凋亡率和Bax、Bcl-2基因表达的影响。结果显示川芎嗪高、中剂量可明显增强细胞活性,增加神经元细胞的存活率(P<0.01),可显著抑制海马神经元细胞早期凋亡(P<0.01),抑制凋亡蛋白Bax的表达(P<0.01),增强抗凋亡蛋白bcl-2的表达(P<0.01)。川芎嗪可通过调节Bax/Bcl-2平衡抵抗Aβ25-35诱导的海马神经元凋亡,降低Aβ的神经元毒性,对海马神经元损伤有明显的保护作用。     

一氧化氮——朋友还是敌人?

一氧化氮具有扩张毛细血管的作用,它就像给"泄气的皮球"充气一样,大大扩充了血管的容积,使血流畅通无阻。用专业术语来说,它能让血管平滑肌松弛。当然,一氧化氮在生物体内的功能远不止如此,从生长发育到衰老死亡无所不包。如果要细数     

碱中毒对小鼠皮质GABA能神经元特性和编码能力的影响

目的:研究碱中毒对小鼠皮质GABA能神经元内在特性和编码能力的影响,探讨碱中毒引起大脑功能障碍的机制。方法:选择17-22天FVB-Tg小鼠行脑片体外培养,实验对象分为碱中毒组和对照组。DIC光学显微镜下选择皮层II-III层GABA神经元,运用Axo Patch 200 B放大器全细胞模式,记录并分析神经元内在特性(包括阈电位、绝对不应期)的改变;记录与去极化脉冲相对应的峰值,分析GABA能神经元的编码能力。结果:1.阈电位峰值在对照组分别是24.58±0.68,25.44±0.82,27.02±0.78,27.55±0.74和28.66±0.79毫伏,碱中毒组分别是28.32±0.78,30.10±0.91,32.22±0.80,32.88±0.76和33.54±0.74毫伏,碱中毒组阈电位升高;绝对不应期在对照组和碱中毒组分别是4.15±0.06和5.09±0.08毫秒,碱中毒绝对不应期延长。2.两组在相同去极化刺激下诱发的连续峰值波形发生明显改变,碱中毒组产生峰值的能力下降。结论:1、碱中毒使皮质GABA能神经元动阈电位升高和绝对不应期延长;2、碱中毒降低皮质GABA能神经元编码峰值能力。     

普罗布考联合胰激肽原酶对老年糖尿病周围神经病变患者氧化应激反应及血清NSE水平的影响

目的:探讨普罗布考联合胰激肽原酶对老年糖尿病周围神经病变患者氧化应激反应及血清神经元特异性烯醇化酶(NSE)水平的影响。方法:选择2015年8月至2017年8月我院接诊的94例老年糖尿病周围神经病变患者作为本研究对象,通过随机数表法将其分为观察组(n=47)和对照组(n=47)。对照组在常规治疗基础上给予胰激肽原酶治疗,观察组在对照组基础上联合普罗布考治疗,两组均连续治疗12周。比较两组治疗后的临床疗效、治疗前后运动传导速度(MNCV)、感觉传导速度(SNCV)、多伦多临床评分系统(TCSS)评分、血清丙二醛(MDA)、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)及NSE水平的变化和不良反应的发生情况。结果:治疗后,观察组临床疗效总有效率为93.62%(44/47),明显高于对照组[70.21%(33/47)](P0.05);两组正中神经、腓总神经MNCV、SNCV较治疗前均显著延长(P0.05),且观察组正中神经、腓总神经MNCV、SNCV均明显高于对照组(P0.05);两组TCSS评分各内容和总分、血清MDA、NSE水平较治疗前均显著降低(P0.05),且观察组TCSS评分中症状评分、反射评分、感觉评分和总分及、血清MDA、NSE水平均明显低于对照组(P0.05);两组血清超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)水平较治疗前均显著升高(P0.05),且观察组血清SOD、CAT、GSH-Px水平均明显比对照组高(P0.05)。两组治疗期间不良反应总发生率分别为10.64%(5/47)、4.26%(2/47),组间比较差异无统计学意义(P0.05)。结论:普罗布考联合胰激肽原酶治疗老年糖尿病周围神经病变患者的效果显著优于单用胰激肽原酶治疗,可更有效改善神经病变程度,其机制可能和缓解氧化应激反应、降低血清NSE水平有关。     

神经元形态重建工具的研究进展

近年来,分子标记和显微光学成像技术的系列突破,使得单细胞分辨的全脑尺度神经群落成像成为现实.然而,现有神经元形态重建工具的发展速度远远滞后于海量数据的产生速度,难以满足现阶段成像数据的分析需求.在此背景下,我们首先分析了神经元形态重建工具发展滞后的原因,简述现有半自动和全自动神经元形态重建工具的特点和最新发展,并结合现有工具的特点分析其向高通量、高准确度重建工具发展时面临的挑战.最后,我们对未来形态重建工具的发展趋势及应用前景做出展望.     

ELK-1/JNK/c-Fos对左归降糖解郁方(ZGJTJYF)体外培养的模拟糖尿病并发抑郁症(DD)大鼠海马神经元凋亡中的作用

目的:研究信号通路ELK-1/JNK/c-Fos在左归降糖解郁方(ZGJTJYF)对模拟糖尿病并发抑郁症(DD)环境下抗海马神经元凋亡中的作用。方法:原代培养海马神经元,加入高糖(150 mmol/L)+皮质酮(200μmol/L),构建DD体外细胞模型;将培养的海马神经元细胞随机分为5组:空白血清组、正常组、左归降糖解郁方含药血清组、阳性药(二甲双胍+氟西汀)含药血清组和模型组(每组3个复孔)。模型组和正常组给予等量培养液,其余组加入相应体积分数10%的相应血清,均干预18 h。分别采用Hoechst染色、高内涵细胞成像分析技术和RT-PCR技术分别检测海马神经元凋亡情况及检测凋亡相关ELK-1、JNK和c-Fos蛋白和基因的表达。结果:与空白组比较,模型组细胞凋亡明显,其海马神经元凋亡数量明显增多,ELK-1、JNK和c-Fos的mRNA及蛋白表达水平均显著升高(P<0.05);与模型组比较,左归降糖解郁方含药血清组和阳性药含药血清组大鼠海马神经元可见局部亮点明显减少,凋亡细胞数显著减少,ELK-1、JNK和c-Fos蛋白及mRNA表达均明显下调(P<0.05),且神经网络及树突连接情况得到明显改善。结论:左归降糖解郁方可以减低DD环境下海马神经元中Elk-1、JNK、c-fos表达而起到抗凋亡的效果。     

枸杞多糖诱导人脐血间充质干细胞向神经元样细胞分化的实验研究

目的:探讨枸杞多糖诱导人脐血间充质干细胞(MSCs)向神经元样细胞分化的可行性及其机制。方法:无菌条件下收集正常足月儿的脐带血,经肝素抗凝,用相对密度1.077的淋巴细胞分离液分离脐血的单个核细胞,用低糖DMEM培养基进行培养和纯化扩增。选取第3代细胞进行诱导实验,当传代细胞长满瓶底的80%以上时,先用含15?S和10ng/ml bFGF的DMEM完全培养基预诱导24小时,然后用不含血清含1g/L枸杞多糖的DMEM培养基诱导,光镜下观察细胞形态,用免疫组化技术检测细胞Nestin和NF的表达。结果:预诱导后MSCs没有变化,而经枸杞多糖诱导4h后细胞即出现形态学上的改变,细胞变成不规则形,立体感增强,从胞体伸出突起。免疫组化检测显示,细胞Nestin、NF呈阳性。结论:人脐血间充质干细胞经枸杞多糖诱导可转化为神经元样细胞,其诱导机制可能与枸杞多糖的抗氧化作用有关。     

一个基于能量的突触可塑性模型

研究表明能量可能是支配神经元活动的统一原则,编码能力与能量成本的比率最大化被认为是突触连接在选择性压力下改变的关键原则之一,这意味着突触范围内能量的变化与突触可塑性有关。为此,建立一个基于能量的突触可塑性模型。当突触后膜瞬时功率高于功率阈值时突触权重增加,反之突触权重下降。该模型可再现脉冲频率依赖可塑性以及脉冲时间依赖可塑性这两种主要的突触可塑性实验结果,并且和其他公认的突触可塑性模型相比具有优越性。结果表明,能量是影响突触可塑性的关键因素,对进一步理解突触连接的选择性和神经网络动力学特征提供了一个新思路。