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背景与目的:
Alzheimel病(Alzheimer’s disease AD)是老年期痴呆的最主要类型,在60岁以上人群中AD的发病率约达5﹪,但是散发性AD的发病机理仍然不完全清楚。在AD的发病机理中,炎症机制被认为发挥了重要的作用。老年斑是AD的主要病理特征,老年斑的核心是A β的沉积,在老年斑的周围是大量活化的小胶质细胞和星形胶质细胞。这些活化的胶质细胞分泌大量的炎症因子如白介素-1β(interleukin-1 βIL-1β)、白介素-6(interleukin-6 IL-6)、肿瘤坏死因子α(tumor necrosis factor-α FNF-α)、诱导型一氧化氮合成酶(induciblenitricible oxide synthase iNOS)和环氧化酶-2(cyclOOXygenase-2 COX-2)等,通常这些炎症因子被认为具有神经毒性的,而且一些流行病学研究的结果证实长期使用非甾体抗炎药可以显著延缓AD的发病。当前被美国食品和药品管理局(FDA)批准治疗AD的药物包括胆碱酯酶抑制剂(多奈哌齐、利凡斯的明、加兰他敏)和N-甲基-D-天(门)冬氨酸受体拮抗剂(美金刚),这些药物通常被认为只能改善AD患者的症状,不能延缓病情的进展。抗炎药一直被期待能够延缓AD病情的进展,但是绝大多数非甾体抗炎药治疗AD的临床研究结果都是阴性的,而且一些选择性的COX-2抑制剂还能够增加心血管病的风险。
小檗碱是一种在中国长期医用的异喹啉生物碱,它存在于中药白毛莨、黄柏和黄连之中,这些药用植物在中国一直被用来治疗腹泻和胃肠道疾病。小檗碱是这些中药的主要成分,现代药理研究发现它有很多药理作用。小檗碱是一种强度类似于治疗AD的加兰他敏的胆碱酯酶抑制剂,也是一种针对包括AD在内的神经退行性疾病有效的低分子量神经营养药,它能够促进神经营养因子(herve growthfactot NGF)诱导的神经细胞的分化;小檗碱还通过稳定低密度脂蛋白受体(10wdensitv lipoprotein:receptot LDLR)mRNA的稳定而增加LDLR的表达和通过抑制脂质的合成,而成为一种机制不同于他汀类的降脂药;小檗碱也能够通过胰岛素依赖的方式、促进胰岛素分泌和改善胰岛素的敏感性等方式发挥降糖效应:因此小檗碱对改善代谢综合征发挥重要作用;小檗碱能够显著提高慢性充血性心力衰竭患者的生活质量并降低其死亡率:小檗碱也能够预防动脉粥样硬化和狭窄;小檗碱能够阻止大鼠海马CAl区急性分离的锥体细胞的短暂性外向K<+>电流和延迟的整流K<+>电流,而最近研究认为电压门控K<+>通道的KCN3的基因突变可以导致成人型共济失调,因此K<+>通道被认为在神经退行性疾病中发挥重要作用,因此小檗碱可能对治疗包括AD在内的神经退行性疾病有效。除了以上的药理作用,小檗科植物的提取物曾经一直被东方人和保加利亚人用来治疗关节炎和其他慢性炎症性疾病。小檗碱能够抑制佐剂诱发的关节炎的延迟型超敏反应和减少针对致敏红细胞的抗体反应。近些年来,小檗碱被证实能够抑制一些炎症因子的表达,小檗碱能够抑制家兔的血小板和内皮细胞的花生四烯酸的代谢;小檗碱能够通过直接抑制活化蛋白-1(actiVator protein-1 AP-1)的结合而抑制COX-2表达;在HepG2细胞和心肌细胞,小檗碱通过核因子-к B(nuclear factot-к B NF-к B)信号通路抑制IL-1 β和ITNF-α的产生;小檗碱能够抑制食管癌细胞表达IL-6;并在酒精诱导的胃溃疡小鼠模型中,可以抑制iNOS mRNA的表达。
因此小檗碱可能是一种治疗心血管病、中风、糖尿病、高脂血症和慢性炎症性疾病非常有前途的药物,但是小檗碱是否可以通过抑制小胶质细胞的活化和炎症因子的表达而对AD有益还没有研究。为了证实小檗碱能够抑制AD大鼠模型的小胶质细胞的活化和炎症因子的表达这个假说,我们通过大鼠双侧海马注射凝聚态A β1-40建立AD大鼠模型,并灌胃给予盐酸小檗碱(50mg./Kg)14天。通过水迷宫、免疫组织化学、实时聚合酶链式反应(real time polymerase chain reactionreal time PCR)、蛋白质免疫印迹(Western blot)技术研究小檗碱AD大鼠模型的空间记忆能力和小胶质细胞活化指标OX-42、炎症因子IL-1 β、iNOS、COX-2和炎症负调节因子PPAR γ以及凋亡相关因子Caspase3和Bcl-2的表达的影响。
方法和结果:
1)盐酸小檗碱对大鼠空间记忆障碍的影响在大鼠海马立体定向注射A β1-40 5 μ g后的第8天开始持续7天的水迷宫测试。在连续的实验当中,大鼠发现平台的效率越来越越高,每天的效应都有显著性差异。通过双因素反复测量的方差分析(Two-way repeated measure analysisof variance two-way RM ANOVA)证实模型组大鼠与正常组相比潜伏期显著增加(P<0.01),但是盐酸小檗碱组同模型组相比,潜伏期显著缩短(P<0.01)。
在记忆的保留实验当中,模型组同正常组相比,穿越平台的次数显著减少(P<0.01);盐酸小檗碱组大鼠穿越平台的次数较模型组显著增加(P<0.01)。所有的大鼠都保持正常的游泳能力和体重的稳定增加,各组大鼠之间的自发活动没有显示差异。
2)大鼠海马立体定向注射A β1-40后的改良刚果红染色在模型组和盐酸小檗碱组大鼠的海马齿状回附近可以看到注射的A β1-40,呈红色。注射点周围有大量胶质细胞,呈蓝色。
3)免疫组织化学方法研究盐酸小檗碱对OX-42、IL-1 β、iNOS、COX-2、PPAR γ、Caspase3和Bcl-2表达的影响在灌胃给盐酸小檗碱(50mg/Kg)14天后,通过免疫组织化学研究小檗碱对对OX-42、IL-1 β、iNOS、COX-2、PPAR γ、Caspase3和Bcl-2表达的影响。大鼠海马立体定向注射A β1-40 5 μ g导致小胶质细胞活化指标IX-42和炎症因子IL-1β、iNOS、COX-2表达显著增加(P<0.01或0.05);炎症负调节因子PPAR γ显著减少(P<0.01);凋亡相关因子Caspase3、Bcl-2表达显著增加(P<0.01)。盐酸小檗碱显著促进这些变化(P<0.01)。
4)通过real time PCR研究盐酸小檗碱对OX-42、IL-1 β、iNOS、COX-2、PPAR γ、Caspase3和Bcl-2的mRNA的影响灌胃给盐酸小檗碱(50mg/Kg)14天后,通过real time PCR研究盐酸小檗碱对OX-42、IL-1 β、iNOS、COX-2、PPAR γ、Caspase3和Bcl-2的mRNA的影响。大鼠海马立体定向注射A β1-40 5 μ g导致小胶质细胞活化指标OX-4251炎症因子IL-1 β、iNOS、COX-2的mRNA的相对拷贝数显著增加(P<0.01或0.05),炎症负调节因子PPAR γ mRNA的相对拷贝数显著减少(P<0.01),凋亡相关因子Caspase3、Bcl-2的mRNA的相对拷贝数显著增加(P<0.01)。盐酸小檗碱进一步显著促进这些变化(P<0.01或0.05)。
5)通过Western blot研究盐酸小檗碱对0X-42、COX-2和PPAR γ蛋白质表达的影响灌胃给盐酸小檗碱(50mg/Kg)14天后,通过Western blot技术研究盐酸小檗碱对OX-42、COX-2和PPAR γ蛋白质表达的影响。大鼠海马立体定向注射A β1-40导致小胶质细胞活化指标OX-42、炎症因子COX-2蛋白质表达显著增加,炎症负调节因子PPAR γ表达显著减少(P<0.01),盐酸小檗碱进一步显著促进这些变化(P<0.01)。
结论:
1) 大鼠双侧海马立体定向注射A β1-40导致大鼠空间记忆能力的显著下降和注射点周围小胶质细胞的显著活化和炎症因子IL-1 β、iNOS和COX-2表达显著增加以及炎症负调节因子PPAR γ显著减少,并导致凋亡因子Caspase3和抗凋亡因子Bcl-2的表达增加。因此此模型是研究炎症与AD发病机理关系的一种理想模型。
2) 盐酸小檗碱能够显著改善AD模型大鼠的空间记忆能力;并进一步显著增加注射点周围小胶质细胞的活化和炎症因子IL-1 β、iNOS和COX-2的表达;进一步显著减少炎症负调节因子PPAR γ的表达;进一步增加凋亡因子Caspase3和抗凋亡因子Bcl-2的表达。
3) 盐酸小檗碱可能可以改善AD患者的记忆能力,可能与其抑制胆碱酯酶有关:同时可能是一种小胶质细胞的活化剂,其机理可能与抑制PPAR γ的表达有关。因此可能促进老年斑的清除而延缓AD的进展而成为一种治疗AD非常有前途的药物,但是还需要在AD转基因动物和临床实验研究当中进一步证实。