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阿尔茨海默病(Alzheimers disease,AD)是一种严重危害老年人健康的神经退行性病变。主要病理学特征为海马部出现高密度老年斑(Senile Plagues,SP)、维缠结(Neurofibrillary tangles,NFT)以及大量神经元和突触丢失等。临床表现为进行性的记忆减退、认知障碍和痴呆,发病率随着人口的老龄化而迅速增加,成为继心血管疾病、癌症和中风之后的又一严重危害人类健康的疾病。迄今为止AD尚无特异性的临床防治措施,积极探索新的有效防方法,是当今亟需解决的重要课题。
2001年Hashimoto等人在AD患者脑中筛选出了由24个氨基酸组成的多肽-Humanin(HN),HN不仅能拮抗由多种家族性AD特异基因所致的神经毒性,而且还能显著地抑制由β-淀粉样蛋白(amyloid-beta protein,Aβ)引起的大脑皮层培养神经元死亡。关于HN的神经保护作用虽然已经有大量实验证实,但其确切的作用途径及机制目前仍不清楚。本研究采用AD大鼠模型,通过观察HN对Aβ1-42所致AD样大鼠的神经保护作用,探讨HN抗Aβ1-42神经毒性的有效作用途径和机制。
研究方法和结果:
(1)HN对AD样大鼠空间记忆的影响及机制
Wistar大鼠随机分为生理盐水组(海马部位注射生理盐水)、AD模型组(海马注射Aβ-42)和治疗组(海马部位同时注射Aβ1-42和HN)。观察各组大鼠的Morris水迷宫测试结果,微管相关蛋白2(MAP2)和Synapsin1表达变化。结果发现:与生理盐水组相比,AD模型Morris水迷宫测试的潜伏期明显延长(P<0.05),HN治疗组则无显著差异(P>0.05)；与生理盐水组相比,AD模型组MAP2表达显著降低(P<0.05),HN治疗组无显著差异(P>0.05)；synapsin1在HN治疗组中表达显著高于生理盐水组和AD模型组(P<0.05),生理盐水组和AD模型组之间无差异。研究结果表明,HN可有效改善AD样大鼠空间记忆,提高学习能力,机制可能与HN提高synapsin1和MAP2表达有关。
(2)HN对AD样大鼠海马神经元bax及Bcl-2蛋白表达的影响
Wistar大鼠随机分为生理盐水组、AD模型组和HN治疗组,分别于术后48h观察凋亡相关蛋白bax及bcl-2表达变化。结果发现:与生理盐水组相比,AD模型组在术后48h时bax表达量明显增强,HN治疗组bax表达亦增高,但低于AD模型组；与生理盐水组相比,AD模型组在术后48h时bcl-2表达增高不明显,HN治疗组bcl-2表达增高。研究结果提示,Aβ1-42可以上调海马神经元中bax的表达,促进凋亡；HN可以上调bcl-2的表达,抑制凋亡,但对bax的表达影响还有待于研究。
(3)HN对AD样大鼠海马抗氧化能力的影响
Wistar大鼠随机分为生理盐水组、AD模型组和HN治疗组,其中HN治疗组根据给予药物浓度的不同,又分为HN-L(50μmol/L)、HN-M(100μmol/L)、HN-H(200μmol/L)三个亚组；每组10只。术后一周观察不同剂量HN对Aβ1-42所致AD大鼠海马组织匀浆中SOD、MDA、羟自由基抑制能力、GSH-PX,NO和NOS的含量变化的影响。结果发现:①SOD活性变化:HN三个剂量治疗组与AD模型组和生理盐水组相比SOD活性显著升高(P<0.05)。HN三个剂量治疗组中HN-M组SOD活性最高(P<0.05)；②MDA含量变化:AD模型组MDA含量与生理盐水组相比明显升高(P<0.05)。HN三个剂量治疗组与AD模型组相比MDA含量显著降低(P<0.05)。HN三个剂量治疗组间相比无差异(P>0.05)；③GSH-PX活性变化:AD模型组GSH-PX活性与生理盐水组相比明显降低(P<0.05)。HN三个剂量治疗组与AD模型组相比GSH-PX活性明显升高(P<0.05)。HN-H组GSH-PX活性最高(P<0.05)；④抑制羟自由基(·OH)能力变化:AD模型组抑制羟自由基(·OH)能力与生理盐水组相比显著下降(P<0.05)。HN三个剂量治疗组与AD模型组和生理盐水组相比抑制羟自由基(·OH)能力显著升高(P<0.05)。HN-L组抑制羟自由基(·OH)能力最强(P<0.05)。⑤NO及NOS含量变化:AD模型组NO及NOS含量与生理盐水组相比明显升高(P<0.05)。HN三个剂量治疗组与AD模型组相比NO及NOS含量显著降低(P<0.05)。HN-M组NO含量最低(P<0.05),而NOS含量HN治疗组间无差异。结果提示:HN可以提高海马组织抗氧化能力,有效降低由Aβ1-42所致AD大鼠海马组织氧化损伤。
(4)HN对AD样大鼠海马神经元超微结构的影响
随机抽取(实验三)生理盐水组,AD模型组和HN-M治疗组大鼠各2只,观察各组大鼠海马CA1区超微结构变化。透射电镜结果显示:生理盐水组海马神经元超微结构清晰,线粒体结构完整,突触及囊泡结构清晰；AD模型组海马神经元中胞核变性,线粒体结构模糊,数量减少,突触未见减少,但囊泡显著减少；HN治疗组海马神经元超微结构损伤减轻,囊泡明显增高。实验结果提示:HN可以减轻Aβ1-42对大鼠海马神经元超微结构的损伤,保护神经元细胞器。
结论
Humanin可以增加MAP2和synapsin1表达,改善AD样大鼠空间记忆障碍,提高学习记忆能力；提高Bcl-2表达,抑制神经元凋亡；提高抗氧化能力,保护神经元超微结构。