CC颗粒对APP/PS1转基因阿尔茨海默病模型小鼠认知功能的影响及其作用机制研究

来源 :新疆医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:spls108
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中医药作为中华民族的传统医学,为各民族的繁衍与健康贡献了自己独有的疗效,为阿尔茨海默病的防治提供了希望。阿尔茨海默病(Azlheimer’s diesas,AD)的典型特征性神经病理改变是脑组织细胞外神经炎性斑块(Senileplaque,SP)和细胞内神经原纤维缠结(neurofibrillary tangle,NFT)。淀粉样蛋白(β-Amyloid,Aβ)是SP的主要成份,由淀粉样肽前体蛋白(β-Amyloid precursor protein,APP),前后经β-分泌酶和γ-分泌酶水解的代谢产物,然而绝大部分的APP在α-分泌酶作用下通过非淀粉源途径代谢释放可溶性的APP而阻止Aβ的生成。抑制APP的生成和减少Aβ沉积是防治AD的关键。目的:该研究将使用APP/PS1转基因AD小鼠作为动物模型。基于行为学结果的基础上,进一步观察了长期给予CC颗粒后APP/PS1转基因AD小鼠脑内神经元的结构和形态变化。同时,检测CC颗粒直接影响APP/PS1转基因AD小鼠脑中Aβ相关分泌酶水平的APP分解代谢,从而明晰CC颗粒影响Aβ代谢途径的部分部位和环节以及CC颗粒对神经可塑性的影响,阐明CC颗粒抑制Aβ蛋白表达的作用机制,同时通过代谢组学技术检测APP/PS1转基因AD小鼠血清中的差异性生物标志物,寻找CC颗粒防治AD作用有关的代谢途径,为揭示CC颗粒治疗老年性痴呆的疗效提供更多的科学依椐。方法:(1)将3月龄的100只APP/PS1双转基因AD模型小鼠随机分为每组20只的5个实验小组,分别为:模型组、多奈哌齐组(0.92mg/kg)、CC颗粒高剂量组(8.0g/kg)、CC颗粒中剂量组(4.0g/kg)和CC颗粒低剂量组(2.0g/kg);将20只雄性同年龄的C57BL/6J小鼠作为正常对照组。正常对照组和APP/PS1转基因AD模型组小鼠给予等体积的生理盐水。各实验组小鼠给药6个月之后,通过Morris水迷宫(MWM)实验方法及小鼠跳台法观察各组小鼠学习记忆能力的变化。(2)末次给药1小时后断头处死动物,在低温环境下取出脑组织并固定,制作常规病理切片后分别采取苏木精-伊红染色法,刚果红染色法和Bielschowsky氏改良染色法对样品进行染色处理后观察CC颗粒对各组海马区的病理形态学改变,电镜下观察CC颗粒对海马CA1区病理改变的影响;用透射电镜观察小鼠海马区神经元超微结构的变化。(3)末次给药1小时后断头处死动物,在低温环境下取出脑组织并通过免疫组化实验和Western blot技术检测脑组织APP、PS1,BECA、Aβ、GAP43、Doublecortin以及tau蛋白的表达水平。(4)对APP/PS1双转基因AD模型小鼠血清进行核磁共振氢谱检测和分析,找出CC颗粒给药6个月后的APP/PS1双转基因AD模型小鼠血清中的差异性代谢产物以及代谢网络,从而探讨CC颗粒防治AD作用的相关代谢途径。结果:(1)MWM实验结果显示,与正常组相比,APP/PS1转基因AD模型组小鼠进入逃逸平台次数和进入有效区域的次数显著减少,有效区域运动时间和有效区域游泳距离显著减少,差异有统计学意义(P<0.01);与APP/PS1转基因AD模型组小鼠比较,多奈哌齐给药组,CC颗粒高剂量给药组和CC颗粒中剂量给药组小鼠进入逃逸平台次数和进入有效区域的次数显著增多加,有效区域运动时间和有效区域游泳距离显著增加,差异有统计学意义(P<0.01);虽然CC颗粒低剂量给药组小鼠有效区域运动时间和有效区域游泳距离显著增加,差异有统计学意义(P<0.05),但进入逃逸平台次数和进入有效区域的次数与APP/PS1转基因AD模型组比较没有显著性差异。(2)跳台实验结果显示,与正常对照组相比,APP/PS1转基因AD模型组小鼠的反应期和潜伏期显著缩短,错误次数显著增加,差异具有统计学意义(P<0.01);与APP/PS1转基因AD模型组相比,多奈哌齐给药组,CC颗粒高剂量给药组和CC颗粒中剂量给药组小鼠的反应期跟潜伏期延长,错误次数增多,差异具有统计学意义(P<0.01),CC颗粒低剂量给药组小鼠的反应期,潜伏期显著延长,错误次数显著增加,差异有统计学意义(P<0.05)。(3)CC颗粒各剂量组动物海马组织HE染色结果显示:海马细胞层完整,细胞整齐排列,细胞层的结构和形态均正常,细胞均匀地分布;有呈微红色的神经突触,明显的核仁,丰富的细胞质及少数的有少量坏死的神经元;核膜是清晰的,少量的神经胶质细胞可见,并且没有观察到神经胶质细胞的变化。刚果红染色:可见数量较少的橘红色沉积物散在分布,可清楚观察到丰富的尼氏小体。CC颗粒低剂量给药组刚果红染色样品仍见较多由橘红色沉积物包围的增生胶质细胞,说明存在老年斑块,而且数量也比较多。CC颗粒低剂量给药组Bielschowsky氏改良染色可见部分神经原纤维增粗,紊乱地排列,缠结成团块状,细胞突触内可观察到染色比较深的拖尾形状,在胞浆内存在螺旋扭曲的细丝状的神经原纤维缠结。(4)免疫组化实验结果显示,APP/PS1双转基因AD小鼠海马CA1区中的APP阳性细胞数量增多,胞浆染色深,APP、BACE和PS-1蛋白阳性细胞平均数目和平均密度明显高于正常对照组和CC颗粒高剂量给药组和CC颗粒中剂量给药组(P<0.05)。多奈哌齐阳性对照组和CC颗粒低剂量给药组APP、PS-1和BACE阳性细胞平均数目和平均密度与模型组的无明显差异(P>0.05);与正常对照组比较APP/PS1双转基因AD模型组小鼠海马CA1区表达的Aβ40-42阳性细胞平均数目和平均密度都明显增加(P<0.05);与APP/PS1双转基因AD模型组比较,CC颗粒高剂量给药组和CC颗粒中剂量给药组海马CA1区表达的Aβ40-42阳性细胞平均数目和细胞平均密度明显减少(P<0.01),CC颗粒低剂量给药组和多奈哌齐阳性对照组海马CA1区表达的Aβ40-42阳性细胞平均数目和平均密度也明显减少(P<0.05);与正常对照组比较APP/PS1双转基因AD模型组小海马CA1区表达的tau蛋白阳性细胞平均数目和平均密度比与正常组相似,CC颗粒高、CC中、CC剂量给药组和多奈哌齐阳性对照组tau蛋白阳性细胞平均数目和平均密度与APP/PS1双转基因AD模型组比较也明显减少(P<0.05~0.01)。APP/PS1双转基因AD模型组小鼠海马CA1区Doublecortin表达的平均密度低于正常对照组(P<0.01)、多奈哌齐阳性对照组(P<0.05)、以及CC颗粒高、中剂量给药组(P<0.01);APP/PS1双转基因AD模型组小鼠海马CA1区Doublecortin表达的平均密度与CC颗粒低剂量给药组无差异。APP/PS1双转基因AD模型组小鼠海马CA1区GAP43蛋白阳性细胞的平均数目和平均密度低于正常对照组(P<0.01)、CC颗粒中剂量组、CC颗粒低剂量组(P<0.05)以及CC颗粒高剂量组(P<0.01);APP/PS1双转基因AD模型组小鼠海马CA1区GAP43蛋白阳性细胞的平均数目和平均密度与多奈哌齐阳性对照组没有明显差异(P>0.05)。(5)Western blot结果显示,与正常组比较,APP/PS1双转基因AD模型组APP、PS1,BECA、Aβ以及tau蛋白表达增加;跟APP/PS1双转基因AD模型组相比较,CC颗粒高剂量给药组、CC颗粒中剂量给药组(4.0g/kg)、CC颗粒低剂量给药组和多奈哌齐阳性对照组APP、PS1,BECA、Aβ以及tau蛋白表达减少。GAP43和Doublecortin蛋白的Western blot结果显示,APP/PS1双转基因AD模型组条带比正常对照组颜色变浅,表明蛋白表达降低;CC颗粒给药组与APP/PS1双转基因AD模型组比较,条带的颜色逐步变深,表示蛋白表达水平升高,高剂量组表达水平最高。(6)NMR代谢组学检测结果显示,与正常对照组比较,APP/PS1转基因AD模型组小鼠血清中不饱和脂类含量增加,甘氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、1-甲基组氨酸、蛋氨酸、丙二酸、乳酸、α-葡萄糖和β-葡萄糖的含量降低,差异有统计学意义(P<0.05)。CC颗粒低剂量给药组小鼠血清中乳酸、丙氨酸和甲酸浓度升高,异亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、β-葡萄糖、乙酸、蛋氨酸和肌酸浓度降低;CC颗粒中剂量给药组小鼠血清中,异亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、β-葡萄糖、乙酸盐和肉碱的浓度水平下降;CC颗粒高剂量给药组小鼠血清中,乳酸、丙氨酸、鲨肌醇和β-葡萄糖浓度升高,1-甲基组氨酸浓度降低;在多奈哌齐阳性对照组小鼠血清中,乳酸、酪氨酸和β-葡萄糖浓度升高,异亮氨酸、丙氨酸、羟基丁酸、1-甲基组氨酸和肉毒碱浓度降低,差异有统计学意义(P<0.05)。与APP/PS1转基因AD模型组比较,CC颗粒低剂量给药组小鼠血清中,乳酸、甘氨酸、酪氨酸和丙酮酸的浓度水平增加;CC颗粒中剂量给药组小鼠血清中,乳酸和丙酮酸浓度升高,丙氨酸浓度降低;CC颗粒高剂量给药组小鼠血清中乳酸浓度升高,不饱和脂质浓度降低;在多奈哌齐阳性对照组小鼠血清中,乳酸,甘氨酸和丙酮酸浓度水平升高,1-甲基组氨酸含量降低。结论:(1)APP/SP1转基因AD模型小鼠的认知功能存在障碍,表现在学习能力降低,空间定位能力差,记忆能力下降。CC颗粒能够改变APP/SP1转基因AD小鼠的认知功能,改善APP/SP1转基因AD小鼠的学习记忆能力,提高空间搜索能力。(2)APP/SP1转基因AD模型小鼠海马CA1区的神经细胞减少,部分细胞轮廓不清,细胞结构严重破坏,细胞胞核形态不规则,线粒体和突触结构不规则。CC颗粒能够改善APP/SP1转基因AD小鼠海马CA1区神经元线粒体、突触的结构,这是CC提高APP/SP1转基因AD小鼠学习记忆能力的作用基础。(3)APP/SP1转基因AD模型小鼠海马CA1区APP、PS-1、Aβ、BACE和tau蛋白的表达量明显增高,说明APP/SP1转基因AD模型小鼠海马Aβ的形成和聚集严重,神经原纤维缠结程度也比较高最终导致APP/SP1转基因AD模型小鼠学习记忆能力和认知功能的下降。CC颗粒给药6个月后APP/SP1转基因AD模型小鼠海马区的APP、PS-1、Aβ、BACE和tau蛋白的表达量明显降低,提示CC能够多环节的抑制Aβ海马区的形成和聚集,减少tau蛋白过度磷酸化引起的神经原纤维缠结,防止老年斑块的产生从而发挥提高APP/SP1转基因AD小鼠学习记忆能力和改善认知功能的作用。(4)CC颗粒给药6个月能够显著增高GAP43和Doublecortin蛋白的表达量,改善神经可塑性,减轻轴突的损伤,促进神经元和轴突的再生,促进脑功能的恢复,加快APP/SP1转基因AD小鼠认知功能的改善。(5)APP/SP1转基因AD模型小鼠体内糖代谢和氨基酸代谢发生紊乱的,甘氨酸,酪氨酸,苯丙氨酸,乳酸,α-葡萄糖和β-葡萄糖可以作为APP/SP1转基因AD模型小鼠血清中的差异性标志物。CC颗粒给药6个月后,APP/PS1转基因AD小鼠血清中含量降低的酪氨酸的含量显著升高,提示CC颗粒通过增加酪氨酸的含量加快DA的合成,通过DA的作用抑制Aβ的形成和聚集,降低Aβ的毒性,保护神经经细胞从而改善APP/PS1转基因AD小鼠的认知功能,提高学习记忆能力。这可能是CC颗粒防治阿茨海默病中的另一种作用机制。(6)CC颗粒能够显著改善APP/SP1转基因AD模型小鼠的认知功能,高剂量给药的药效最佳,药效和药物剂量之间存在剂量依赖性。
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