老年大鼠学习记忆相关基因表达变化的机制探析及补肾益气方药的作用

来源 :上海中医药大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:binglei2_zj
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目的:利用自然衰老大鼠,观察补肾益气方药——左归丸和益气聪明汤对老年大鼠学习记忆能力、血清CORT含量、学习记忆相关基因表达及表观遗传修饰酶表达的影响,并初步探索学习记忆相关基因启动子区CpG岛甲基化状态,为探索增龄性糖皮质激素浓度的变化与学习记忆衰退的关系、学习记忆退化的分子机制及中医补肾益气健脑的理论提供科学实验依据。  方法:以23月龄自然衰老SD雄性大鼠为动物模型,随机分为老年对照组、老年左归组、老年益气组、老年合剂组和老年拮抗组,另设5月龄SD雄性大鼠为青年对照组。Morris水迷宫法观察大鼠空间学习记忆能力,电生理方法记录在体大鼠海马LTP变化,ELISA法检测大鼠血清CORT含量,TEM观察突触形态并计数,免疫荧光法检测大鼠海马CORT受体GR的蛋白表达,RT-PCR法及Western-blotting法检测大鼠学习记忆相关信号传导分子(Arc、Egr-1、BDNF、Synapsin-1、Gabra-5)和表观遗传修饰酶(DNMT1、HAT1、HDAC2)的基因表达(mRNA及蛋白)变化,亚硫酸氢盐结合焦磷酸测序法检测基因Arc、Egr-1、BDNF、GR及Synapsin-1启动子区CpG岛甲基化状态,同时观察补肾益气方药(左归丸和益气聪明汤)对老年大鼠上述各项指标变化的调整作用。  结果:  1.与青年对照组相比,老年大鼠空间学习记忆能力显著减退(P<0.05),海马CA1区LTP受到显著抑制(P<0.05),突触数量显著减少(P<0.05),血清CORT含量明显升高(P<0.05),海马CA1-CA3区GR蛋白表达显著降低(P<0.05),学习记忆相关基因(Arc、Egr-1、BDNF、Synapsin-1)及表观遗传修饰酶(HAT1、HDAC2)的基因表达(mRNA及蛋白)显著降低(P<0.05),Gabra-5与DNMT1基因表达(mRNA及蛋白)显著增高(P<0.05),Arc、Egr-1、BDNF、GR及Synapsin-1基因启动子CpG岛甲基化增高;转录因子数据库JASPAR预测显示,转录因子Egr-1、Sp1在Arc基因启动子上的结合位点显示高甲基化;转录因子Pax-5、ZF-5在Egr-1基因启动子上的结合位点显示高甲基化;转录因子AP2、Arnt、E2F-4在BDNF基因启动子上的结合位点显示高甲基化;转录因子Hes-1、Rita-1、Pax-5在GR基因启动子上的结合位点显示高甲基化;转录因子Adf-1、POU3F2在Synapsin-1基因启动子上的结合位点显示高甲基化。  2.与老年对照组相比,补肾益气方药左归丸、益气聪明汤及拮抗剂RU38486均能不同程度的改善老年大鼠衰退的空间学习记忆能力、降低老年大鼠血清CORT含量。分子水平检测结果:(1)与老年对照组比,RU38486能明显上调老年大鼠海马CA1-CA3分区GR蛋白表达(P<0.05); Synapsin-1、HAT1 mRNA及蛋白表达(P<0.05);BDNF蛋白表达明显增高(P<0.05),其mRNA表达增高;Arc、Egr-1、HDAC2 mRNA表达明显增高(P<0.05),但其蛋白表达均只有增高趋势;Gabra-5、DNMT1 mRNA及蛋白表达明显降低(P<0.05)。(2)与老年对照组比,老年左归组大鼠海马CA1-CA3分区GR蛋白表达有增高趋势,Arc、Egr-1、Synapsin-1 mRNA及蛋白表达均明显增高(P<0.05);BDNF、HAT1、HDAC2蛋白表达均明显增高(P<0.05),mRNA表达有增高趋势;Gabra-5、DNMT1 mRNA及蛋白表达明显降低(P<0.05)。(3)与老年对照组比,老年益气组大鼠海马CA1-CA3分区GR蛋白表达显著增高(P<0.05);Arc、Egr-1、Synapsin-1、HAT1 mRNA及蛋白表达均明显增高(P<0.05); BDNF、HDAC2 mRNA及蛋白表达有增高趋势;Gabra-5、DNMT1mRNA及蛋白表达明显降低(P<0.05);(4)与老年对照组比,老年合剂组大鼠海马CA1-CA3有增高趋势;Egr-1、HAT1 mRNA及蛋白表达均明显增高(P<0.05);Arc mRNA表达明显增高(P<0.05),蛋白表达有增高趋势;BDNF、Synapsin-1、HDAC2 mRNA及蛋白表达有增高趋势;Gabra-5蛋白表达显著降低(P<0.05),mRNA表达有降低趋势;DNMT1 mRNA表达明显降低(P<0.05),蛋白表达降低。(5)与老年对照组比,老年左归组、老年益气组、老年合剂组及老年拮抗组Arc、Egr-1、BDNF、GR及Synapsin-1基因启动子CpG岛甲基化有所降低。  结论:补肾益气方药左归丸、益气聪明汤可能是通过降低老年大鼠血清CORT含量,抵抗高皮质酮对海马区域的毒性影响,并通过上调学习记忆相关基因的表达,进而改善老年大鼠的空间学习记忆能力,其分子机制可能与减少学习记忆相关基因启动子区CpG岛甲基化率有关,进而发挥延缓学习记忆退化的作用。
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