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目的:
本课题通过观察AD模型大鼠视觉空间学习记忆、海马神经元形态、GSK-3β的表达变化以及矢车菊素-3-O-葡萄糖苷(Cyanidin3-O-glucoside,Cy3G)对它们的影响,探讨AD的发生与GSK-3β活性和tau磷酸化水平的关系,以及Cy3G保护作用的分子机制,为进一步阐明AD的发生机制和寻找治疗AD的有效药物提供理论基础。
方法:
清洁级雄性成年SD大鼠60只随机分为假手术组、单纯Cy3G组、AD组、AD组+Cy3G大、中、小剂量组。大鼠海马注射Aβ1-42复制实验动物模型。AD组+Cy3G组灌胃Cy3G(5mg/Kg.d,10mg/Kg.d,30mg/Kg.d)、单纯Cy3G组灌胃Cy3G(10mg/Kg.d)、假手术组及AD组均给予等量无菌蒸馏水(10 mg/Kg.d)灌胃。采用Morris水迷宫、Western-blot、免疫组织化学以及图像分析技术等手段,分析动物行为学的变化,分别检测海马组织tau蛋白磷酸化位点(Ser199)、非磷酸化水平(tau-1)和相关酶类(GSK-3β、p-GSK-3β(ser9)、PP-2A、PP-1)的含量及表达水平。于第30天用Morris水迷宫检测大鼠的上台潜伏期、游泳速度、靶象限游泳时间百分比和穿越平台次数;水迷宫测试结束后,免疫组织化学法检测海马CA1区细胞排列和形态以及p-tau(Ser199)、tau-1、GSK-3β、p-GSK-3β(ser9)及PP-2A和PP-1的表达,Western-blot测定海马AChE、p-tau(Ser199)、tau-1、GSK-3β、p-GSK-3β及PP-2A和PP-1的表达。
结果:
1.AD组大鼠与假手术组及单纯Cy3G组、假手术+Cy3G各剂量组和AD+Cy3G各剂量组相比,平均逃避潜伏期明显延长(P<0.05),穿越平台次数明显减少(P<0.05),靶象限游泳时间百分比明显降低(P<0.05),具有统计学意义;而Cy3G能逆转模型+Cy3G各剂量组平均逃避潜伏期的延长(P<0.05)、穿越平台次数的减少(P<0.05)及靶象限游泳时间百分比的降低(P<0.05),且各剂量组之间相比,逃避潜伏期、穿越平台次数及靶象限游泳时间百分比均无显著性差异。但与假手术组及单纯Cy3G组及假手术+Cy3G各剂量组组比较均有差别(P<0.05),具有统计学意义。
2.AD组与假手术组及单纯Cy3G组及假手术+Cy3G组相比,海马CA1区细胞排列不整齐,假手术组及单纯Cy3G组及假手术+Cy3G组较模型组海马CA1区细胞目增多且排列较整齐。
3.AD组大鼠海马CA1区AChE表达明显高于假手术组及单纯Cy3G组(P<0.05)、假手术+Cy3G组(P<0.05)和模型+Cy3G组(P<0.05),具有统计学意义;而Cy3G能逆转模型+Cy3G组AChE的高表达(P<0.05);但与假手术组及单纯Cy3G组及假手术+Cy3G组比较均有差别(P<0.05),具有统计学意义。
4.AD组大鼠海马组织GSK-3β在ser9位点的磷酸化水平低于假手术组及单纯Cy3G组(P<0.05)、假手术+Cy3G组(P<0.05)和模型+Cy3G组(P<0.05),具有统计学意义;而Cy3G能逆转模型+Cy3G组GSK-3β在ser9位点上的低磷酸化水平(P<0.05);但与假手术组及单纯Cy3G组及假手术+Cy3G组比较均有差别(P<0.05),具有统计学意义。
5.AD组大鼠海马组织GSK-3β的表达高于假手术组及单纯Cy3G组(P<0.05)、假手术+Cy3G组(P<0.05)和AD+Cy3G组(P<0.05),具有统计学意义;而Cy3G能逆转AD+Cy3G组的GSK-3β的高表达(P<0.05);但与假手术组及单纯Cy3G组及假手术+Cy3G组比较均有差别(P<0.05),具有统计学意义。
6.与假手术组及单纯Cy3G组相比,海马注射Aβ1-42 AD组大鼠在Ser199位点磷酸化水平明显升高(P<0.01),非磷酸化水平明显降低(P<0.01);而Cy3G各剂量组在此位点的磷酸化水平较模型组显著降低(P<0.05),非磷酸化水平显著升高(P<0.05,尤以大、中剂量组变化显著。
7.AD组大鼠海马组织磷酸酶PP-2A、PP-1表达明显低于假手术组及单纯Cy3G组(P<0.05)、假手术+Cy3G各剂量组(P<0.05)和模型+Cy3G各剂量组(P<0.05),具有统计学意义;而Cy3G能逆转AD+Cy3G各剂量组的磷酸酶PP-2A、PP-1的低表达状态(P<0.05);但与假手术组及单纯Cy3G组及假手术+Cy3G各剂量组比较均有差别(P<0.05),具有统计学意义。
结论:
1.海马注射Aβ1-42模型可成功地模拟AD的病理特征,而Cy3G可能通过对上述损伤的保护作用,明显改善海马注射Aβ1-42模型大鼠出现的学习记忆障碍及认知功能。
2.Cy3G可明显改善tau蛋白Ser199位点的磷酸化程度,从而防止了过度磷酸化tau蛋白的产生及其带来的毒性作用,维持蛋白激酶和磷酸酶表达平衡,缓解海马神经元tau蛋白的过度磷酸化,保护微管结构,防止轴突损伤。提示降低海马组织GSK-3β的高表达可能是Cy3G保护AD大鼠认知功能的重要分子机制之一。
3.Cy3G可诱导AD样大鼠海马p-GSK-3β的上调表达,并可能(至少部分的)介导了其对海马神经元的保护效应。
4.Cy3G通过激活GSK-3β/tau通路,增强p-GSK-3β水平,缓解GSK-3β的过度活化,最终降低tau的磷酸化水平,从而恢复和促进海马注射Aβ1-42模型大鼠的学习记忆功能。