GLUTs及氧化应激在甲基苯丙胺与HIV-Tat蛋白协同损伤血脑屏障中的作用及机制

AIDS dementia complex and early neurologic symptoms of human immunodeficiency virus (HIV) infection are mainly caused by the HIV-Tat protein . Recent studies have indicated that methamphetamine abuse can greatly increase chances of AIDS dementia complex and early neurologic symptoms.It is very important to alleviate the symptoms by the blood-brain barrier. Glucose transporters are the main glucose transporter proteins of epithelial cells of the blood brain barrier,which play a key role to maintain the stability of the blood glucose concentration and brain power. Our previous studies found that methamphetamine and HIV-1 Tat protein could change synergistically permeability and the tight junction protein of the blood-brain barrier, but the synergistic mechanisms are not clear yet. In vivo and in vitro, tree shrews as the research object,the present study aims to detect the level of oxidative stress, the tight junction proteins and glucose transporters by electron microscope, double immunohistochemical staining, confocal fluorescence microscopy, flow cytometry, HPLC, RT-PCR and Western blotting. Ginsenoside Rd is used to pretreat and evaluate the effect of therapy. The targets of this research are to clarify the roles and interaction relationships of oxidative stress and glucose transporters and reveal the regulatory mechanisms of ginsenoside Rd in the blood brain barrier damaged synergistically by methamphetamine and HIV-1 Tat protein. We are looking forward to find a new target in the methamphetamine abuse and HIV (AIDS Dementia Complex, ADC).

艾滋病痴呆与HIV感染早期神经症状主要由HIV-Tat蛋白侵犯神经系统引起。研究表明，甲基苯丙胺（METH）滥用极大提高了HIV感染的早期神经症状及艾滋病痴呆出现的概率，血脑屏障在减缓上述症状起到重要屏障作用。葡萄糖转运体是血脑屏障上皮细胞的主要葡萄糖转运蛋白，对于维持血糖浓度的稳定和大脑供能起关键作用。我们前期研究发现METH与HIV-Tat蛋白能协同改变血脑屏障通透性及紧密连接蛋白的表达，但协同机制不明确。本研究采用综合方法包括电镜、免疫双标、共聚焦荧光显微镜、流式细胞仪、高效液相、RT-PCR及蛋白印迹等技术，从体内和体外水平，以树鼩为研究对象，对紧密连接蛋白、氧化应激因子、葡萄糖转运体及相互作用关系进行综合研究，并用人参皂苷Rd进行干预，阐明GLUTs及氧化应激在其协同损伤血脑屏障中的作用及各自扮演的角色，并探讨人参皂苷Rd的调控机制，为METH滥用的HIV感染者提供新的防治策略。

METH滥用极大提高了HIV感染者的早期神经症状及AIDs痴呆出现的概率，BBB在减缓上述症状中起到了重要的屏障作用。然而，METH与HIV-Tat蛋白可协同损伤BBB，进一步增加METH滥用的HIV阳性患者罹患HIV相关神经认知障碍的风险。在本研究中，以人脑微血管内皮细胞系hCMEC/D3、SD大鼠和树鼩作为研究对象，采用综合方法包括形态学、透射电镜、分子生物学、蛋白印迹、药理学干预等技术和方法，研究氧化应激及GLUTs在METH与HIV-Tat蛋白协同损伤BBB中的作用及机制，并探讨人参皂苷Rb1及天麻素对上述BBB损伤是否具有保护作用。我们发现：（1）METH与HIV-Tat蛋白可协同诱导大鼠BBB超微结构改变，BBB对示踪剂EB的通透性增高，Claudin5、Occludin、JAMA、ZO1四种TJ蛋白的表达水平下降，表明METH与HIV-Tat蛋白能够协同损伤大鼠BBB，伴有严重的氧化应激反应，表现为GSH和SOD降低、MDA升高，而人参皂苷Rb1可减轻两者协同诱导的氧化应激反应，对BBB损伤具有保护作用。（2）METH与HIV-Tat蛋白可协同损伤BBB细胞模型及树鼩BBB，同时下调GLUT1和GLUT3的表达。细胞层面表现为hCMEC/D3细胞形态异常，活性降低，凋亡增加，Occludin、JAMA、ZO1表达水平下降，NaF穿透细胞单层的通量增加，动物层面表现为树鼩BBB超微结构病理改变，脑组织中Occludin、JAMA、ZO1表达水平下降，BBB对示踪剂EB、NaF的通透性增高，天麻素干预均能通过上调GLUT1和GLUT3表达减轻上述BBB损伤。（3）在METH与HIV-Tat蛋白协同损伤BBB细胞模型时，也伴有严重的氧化应激反应，表现为CAT、GSH-PX和SOD降低，ROS和MDA升高，提前使用抗氧化剂NACA干预，不仅可减弱氧化应激反应，还能减轻METH与HIV-Tat蛋白诱导的BBB细胞模型损伤。总之，本研究证实氧化应激及GLUTs是METH与HIV-Tat蛋白协同损伤BBB的基础，NACA、人参皂苷Rb1及天麻素对上述BBB损伤具有保护作用。上述发现为进一步研究METH与HIV-Tat蛋白协同损伤BBB的机制提供了宝贵方向，为METH滥用的HIV阳性患者提供了新的防治策略，具有重要的科学意义和社会价值。