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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。
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。