目的:阿尔茨海默病(Alzheimer disease,AD)是一种常见的神经系统变性疾病,其主要临床表现为逐渐进展的记忆和认知功能损害以及行为和人格改变。细胞外β-淀粉样蛋白(β-amyloid,Aβ)沉积和细胞内神经元纤维缠结(NFT)是AD的主要病理学特征,但AD的确切发病机制并不清楚。Aβ是老年斑的重要成分,也是其主要致病分子。越来越多的证据表明,AD患者脑组织内有大量的可溶性Aβ沉积,由异常的Aβ前体蛋白(AβPP)剪切形成的Aβ是AD的初始致病事件。相关研究表明可溶性Aβ可通过干扰长时程增强(long-term potentiation,LTP)进而促进突触变性,而突触变性和功能异常与认知功能关系密切。因此,Aβ很可能通过损伤突触的结构和功能进而对认知功能的改变发挥着重要的作用。快速老化SAMP8(senescence accelerated mouse prone 8,SAMP8)小鼠是研究衰老及抗衰老的常见动物模型,它具有与AD相关的许多典型病理学特征,如Aβ沉积、突触变性、神经原纤维缠结、线粒体结构和功能障碍等,同时伴有生命周期缩短、学习和记忆功能受损等行为学改变,因此被认为是研究AD较为理想的动物模型。SS31肽是一种新型线粒体靶向抗氧化剂,可以穿透血脑屏障和线粒体内膜,并且能够高浓度聚集于线粒体内膜,具有抗炎、抗氧化应激、保护线粒体和突触的结构和功能等作用,并且证明可以降低Aβ水平,但目前国内并无将其应用于AD鼠模型SAMP8小鼠的研究。本研究的目的是探讨SS31能否降低Aβ的水平,修复突触的结构和功能,进而改善SAMP8小鼠的认知功能,最终为AD的治疗提供理论基础和新的思路。方法:SAMP8小鼠及SAMR1小鼠均购自天津中医药大学第一附属医院动物中心,为清洁级动物,饲养于河北省人民医院临床研究中心动物室内。由动物中心的饲养员管理,以标准的鼠粮及纯净的饮水饲养。选取8月龄小鼠进行分组。分别选取体重约24~35g的8月龄SAMP8小鼠30只和SAMR1小鼠10只。将小鼠随机进行分组:SAMP8小鼠组分为:SS31注射组(SS31组)10只,溶媒盐水注射组(Vehicle组)10只,模型组(SAMP8组)10只。正常对照小鼠(SAMR1组)10只。SS31注射前先溶于盐水中,以5 mg/kg/day的剂量连续腹腔注射给药8周后,采用Morris水迷宫实验对各组小鼠的行为学进行测试,测试完毕后取小鼠脑组织进行以下检测:采用透射电子显微镜检测不同组别小鼠海马区突触形态,Western blot检测不同组别小鼠海马区内Aβ42、突触相关蛋白GAP43、PSD95、SYN的表达。结果:1 SS31改善SAMP8小鼠的认知功能受损连续用药8周后采用Morris水迷宫对各组小鼠的行为学测试:1.1定位航行实验:在5天的连续测试过程中,所有小鼠均表现出逃避潜伏期明显缩短,形成了对平台位置的记忆(Fig.1A)。1.1.1逃避潜伏期:与SAMR1组相比,SAMP8组小鼠的逃避潜伏期明显延长,差异有统计学意义(P<0.01);与Vehicle组相比,SS31组逃避潜伏期明显缩短,差异有统计学意义(第2-4天P<0.01,第5天P<0.05)。Vehicle组与SAMP8组间无明显差异(P>0.05)(Fig.1A)。1.1.2寻找水下平台的游泳距离:四组小鼠测试结果趋势和统计学意义和逃避潜伏期结果一致(Fig.1B,Fig.2)。1.2空间探索实验:小鼠在平台象限的游泳时间所占总时间百分比:与SAMR1组相比,SAMP8组小鼠在平台象限内游泳时间明显缩短,差异有统计学意义(P<0.01);与Vehicle组相比,SS31组在平台象限内游泳时间明显延长,差异有统计学意义(P<0.05),提示记忆功能得到明显改善;SAMP8组与Vehicle组组间无明显差别(P>0.05)(Fig.1C,Fig.3)。1.3游泳速度:为了明确不同组间逃避潜伏期的差异是否受到小鼠游泳能力的影响,检测小鼠的游泳速度,结果显示不同组间的游泳速度并无明显差异(P>0.05)(Fig.1D)。2 SS31肽明显改善SAMP8小鼠脑组织海马区突触超微结构变化用透射电子显微镜观察不同组间小鼠突触超微结构的变化(Fig.4):SAMR1组小鼠的突触后致密物的厚度和突触界面的曲率半径分别为50.483±0.897和1.057±0.006 nm,此两种参数在SAMP8组小鼠分别为30.665±0.796和1.029±0.006 nm。与SAMR1组小鼠相比,SAMP8组小鼠突触后致密物的厚度明显增高,差异有统计学意义(P<0.01);突触界面曲率半径并没有明显差异(P>0.05)。SS31组与Vehicle组相比,突触后致密物厚度明显增高(分别为34.129±0.879 nm和29.689±0.782 nm),差异有统计学意义(P<0.05),突触界面曲率半径在SS31治疗组(1.048±0.005)和Vehicle组(1.027±0.004);相比差异也没有统计学意义(P>0.05)。这两种指标在Vehicle组和SAMP8组并无明显差异(P>0.05)。3 SS31肽能够降低SAMP8小鼠脑组织海马区Aβ水平Western blot用于确定所有组间海马溶解物内Aβ42的蛋白表达水平(Fig.5,Table 3)。SAMP8组和SAMR1组小鼠相比,Aβ42的表达水平明显升高,差异有统计学意义(P<0.01)。与Vehicle组相比,SS31组明显降低了Aβ42的表达水平,差异有统计学意义(P<0.01)。SAMP8组和Vehicle组内Aβ42的表达水平并无明显差异(P>0.05)。4 SS31肽能够降低SAMP8小鼠海马区突触蛋白的表达水平所有组间小鼠海马提取物用于评估代表突触前蛋白和突触后蛋白如GAP43,SYN和PAD95的表达(Fig.6,Table 2,Table 3)。SAMP8组与SAMR1组相比,这三种蛋白的表达明显降低,差异有统计学意义(P<0.01)。与Vehicle组相比,SS31组明显上调了3种蛋白的表达水平,差异有统计学意义(P<0.01),而SAMP8组和Vehicle组相比无明显差异(P>0.05)。结论:SAMP8小鼠海马存在Aβ沉积、突触的结构和功能变化;新型线粒体靶向抗氧化剂SS31肽可能对AD的治疗具有潜在的应用价值,其药理学作用可能通过降低Aβ表达,保护突触的结构和功能完整性,进而改善认知功能。