从调控神经元自噬功能研究益肾化浊方改善阿尔茨海默病模型小鼠学习记忆能力的作用机制

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目的
  研究益肾化浊方对12月龄SAMP8小鼠海马神经元自噬过程中关键靶点表达的调控作用,探讨该方改善SAMP8小鼠学习记忆能力的作用机制,并初步阐释其组方内涵,进而为临床应用益肾化浊法治疗阿尔茨海默病提供部分实验证据。
  方法
  80只雄性12月龄SAMP8小鼠随机分为4组,模型(SAMP8)组、益肾化浊方(YSHZ)组、益肾(YS)组、化浊(HZ)组,每组20只。选用20只雄性12月龄SAMR1小鼠作为对照(SAMR1)组。各组小鼠采用灌胃干预,每天1次,持续4周。YSHZ、YS、HZ分别给予益肾化浊方、益肾方、化浊方,给药量参考《药理实验方法学》计算得到,分别为6.24g?kg-1?d-1、4.68g?kg-1?d-1、1.56g?kg-1?d-1;SAMP8和SAMR1组给予等量蒸馏水。(1)采用Morris水迷宫检测各组小鼠搜索模式、逃避潜伏时间、穿越平台次数、初始角、目标象限路程占比的变化,评估益肾化浊方对SAMP8小鼠学习和空间记忆能力的影响。(2)采用尼氏染色和透射电子显微镜,观察各组小鼠海马CA1区神经的排列状态数量及微观结构变化。(3)采用甘氨酸银浸染色、免疫组化和Westernblot检测,观察各组小鼠海马CA1区Aβ表达水平变化。(4)采用Westernblot检测,观察各组小鼠海马区自噬启动环节关键蛋白(mTOR、p-mTOR、PI3K3、Beclin1、p-Bcl2)相对表达量变化。(5)采用透射电子显微镜、Westernblot、RT-PCR和免疫荧光双染检测,观察各组小鼠海马CA1区神经元的自噬体、Aβ清除情况和自噬核心环节中各关键蛋白(Atg7、Atg12-Atg5复合体、LC3Ⅱ、VAMP8、p62)、基因(p62)相对表达量的变化。
  结果
  (1)Morris水迷宫结果
  定向航行实验:①游泳速度:各组间小鼠游泳速度差异无统计学意义(P>0.05),说明各组间小鼠体能无显著差异,避免速度对其他指标的影响。②搜索模式,经过5天训练学习,SAMR1组小鼠趋向式和直线式模式逐渐增多,SAMP8组小鼠边缘式模式变化不明显,YHSZ、YS、HZ组小鼠随机式和趋向式模式有所增多。③逃避潜伏时间,经过5天的学习:组内比较,SAMR1组逃避潜伏时间显著减少(P<0.05);SAMP8组避潜伏时间差异无统计学意义(P>0.05);YSHZ组逃避潜伏时间显著减少(P<0.05);YS、HZ逃避潜伏时间有下降趋势,差异无统计学意义(P>0.05)。组间比较,第1天,与SAMR1组比较,SAMP8、YSHZ、YS、HZ组逃避潜伏时间显著增加(P<0.05);与HZ组比较,YSHZ组逃避潜伏时间显著减少(P<0.05)。第2、3、4天,与SAMR1组比较,SAMP8、YSHZ、YS、HZ组逃避潜伏时间显著增加(P<0.05)。第5天,与SAMR1组比较,SAMP8、YSHZ、YS、HZ组逃避潜伏时间显著增加(P<0.05);与SAMP8组比较,YSHZ组逃避潜伏时间显著减少(P<0.05);与HZ组比较,YSHZ组逃避潜伏时间显著减少(P<0.05)。
  空间探索实验:①探索模式:SAMR1组小鼠多围绕水池中心进行游泳搜寻,且对目标象限趋向性明显;SAMP8组小鼠多沿水池边缘搜寻,无明显特定象限的趋向性;YSHZ组小鼠多围绕水池中心进行游泳搜寻,对目标象限有一定的趋向性;YS组小鼠多围绕水池中心进行游泳搜寻,无明显特定象限的趋向性;HZ组小鼠多成随机方式游泳搜寻,无明显特定象限的趋向性。②初始角:与SAMR1组比较,SAMP8、YS组初始角度数显著增大(P<0.05);与SAMP8组比较,YSHZ组初始角度数显著减少(P<0.05);与YS组比较,YSHZ组初始角度数显著减少(P<0.05)。③穿越平台次数:与SAMR1组比较,SAMP8、YS组穿越平台次数显著减少(P<0.05),与SAMP8组比较,YSHZ、YS、HZ组穿越平台次数无显著差异(P>0.05)。④目标象限路程占总路程比例:与SAMR1组比较,SAMP8、YS、HZ组目标象限路程所占比例显著减少(P<0.05);与SAMP8组比较,YSHZ组目标象限路程所占比例显著增加(P<0.05);与YS、HZ组比较,YSHZ组目标象限路程所占比例显著增加(P<0.05)。
  (2)尼氏染色和透射电子显微镜结果发现:①大体形态与微观结构:与SAMR1组比较,SAMP8组,神经元排列较为松散,尼氏体减少,有较多不规则形状和相对较小的死亡细胞,神经元缺失区域较多;细胞膜双层结构不完整,出现断裂;胞质中细胞器减少,线粒体双层膜结构不完整,嵴膜融合数量减少,线粒体基质减少,部分线粒体有明显肿胀,粗面内质网核糖体脱落明显,有较多空泡,存在包含脂褐素的次级溶酶体;细胞核出现固缩,较多区域出现核膜双层结构断裂,核仁不明显,染色质不均匀。益肾化浊方及拆方干预后,神经元排列较为紧凑,尼氏体较丰富、颜色深染;细胞膜完整、连续;胞质中细胞器较丰富,线粒体内、外膜连续性较好,嵴完整丰富,线粒体基质相对致密丰富,部分线粒体出现嵴膜损伤,粗面内质网丰富,高尔基体形态完整丰富,存在包含脂褐素的次级溶酶体;细胞核形态规则,轮廓清晰,双侧膜结构完整,部分区域出现膜断裂,核仁较明显,形态欠规整,染色质较均匀。②海马CA1区神经元数量:与SAMR1组比较,SAMP8、YSHZ、YS、HZ组神经元数量显著减少(P<0.05);与SAMP8组比较,YSHZ、YS组神经元数量显著增加(P<0.05);与YS、HZ组比较,YSHZ组神经元数量显著增加(P<0.05)。
  (3)海马区Aβ表达水平:①甘氨酸银浸染色显示,各组小鼠海马CA1区均未发现典型的老年斑;与SAMR1组比较,SAMP8组海马CA1区辐射层可见数量较多疏松分布的异常点簇状黑色斑点团,且丝状原纤维数量减少,交织密度降低。益肾化浊方及拆方干预后,点簇状黑色斑点团相对减少。②免疫组化显示,与SAMR1组比较,SAMP8、YSHZ、YS、HZ组Aβ表达量显著增加(P<0.05);与SAMP8组比较,YSHZ、YS、HZ组Aβ表达量显著减少(P<0.05);与HZ组比较,YSHZ组Aβ表达量显著减少(P<0.05)。③Westernblot显示,与SAMR1组比较,SAMP8、YSHZ、YS、HZ组Aβ单体和Aβ寡聚体表达量显著增加(P<0.05),与SAMP8组比较,YSHZ、YS、HZ组Aβ单体和Aβ寡聚体表达量显著减少(P<0.05)。
  (4)Westernblot检测结果发现,与SAMR1组比较,SAMP8组mTOR、p-mTOR蛋白表达和p-mTOR/mTOR比值显著增加(P<0.05),PI3K3、Beclin1、p-Bcl-2蛋白表达显著减少(P<0.05);与SAMP8组比较,YSHZ、YS、HZ组p-mTOR蛋白表达和p-mTOR/mTOR比值显著减少(P<0.05),YSHZ组PI3K3、Beclin1、p-Bcl-2蛋白表达显著增加(P<0.05),HZ组PI3K3蛋白表达有增加趋势,但差异无统计学意义(P>0.05)。
  (5)透射电子显微镜结果显示,各组小鼠海马CA1区神经元胞质细胞核周围,均可观察到双层膜结构的自噬体,提示各组中均有自噬发生。Westernblot检测结果发现,与SAMR1组比较,SAMP8组Atg7、Atg12-Atg5复合体、LC3Ⅱ、VAMP8蛋白表达和LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比值显著减少(P<0.05),p62蛋白表达量显著增加(P<0.05);与SAMP8组比较,YSHZ组Atg7、Atg12-Atg5复合体、LC3Ⅱ、VAMP8蛋白表达量和LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比值显著增加(P<0.05),p62蛋白表达量显著减少(P<0.05);YS组Atg12-Atg5复合体、LC3Ⅱ蛋白表达量和LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比值显著增加(P<0.05),p62蛋白表达量显著减少(P<0.05);HZ组p62蛋白表达量显著减少(P<0.05),LC3Ⅱ蛋白表达量和LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比值有增加趋势,但差异无统计学意义(P>0.05)。RT-PCR检测结果发现,与SAMR1组比较,SAMP8组p62mRNA表达量显著增加(P<0.05);与SAMP8组比较,YSHZ组p62mRNA表达量显著减少(P<0.05)。免疫荧光双染显示,LAMP1和LC3Ⅱ结果,与SAMR1组比较,SAMP8组LC3Ⅱ阳性表达较弱,橙色共表达区域较少;与SAMP8组比较,YSHZ、YS、HZ组LC3Ⅱ阳性表达有所增强,橙色共表达区域有所增多。LAMP1和Aβ42结果,与SAMR1组比较,SAMP8组Aβ42阳性表达较强,橙色共表达区域较多;与SAMP8组比较,YSHZ、YS、HZ组Aβ42阳性表达有所减弱,YSHZ、YS组橙色共表达区域有所增多。
  结论
  (1)益肾化浊方可有效改善12月龄SAMP8小鼠学习和空间记忆能力减退,该作用与减少海马Aβ沉积、保护神经元微观结构、减轻神经元缺失有关。
  (2)益肾化浊方可减少12月龄SAMP8小鼠海马自噬启动负调节因子活化,增加自噬体形成、转运及融合降解阶段中关键蛋白的表达,促进神经元自噬过程顺利进行,清除细胞内Aβ,进而减轻其毒性作用引发的神经元缺失。
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