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背景精神分裂症是一种常见的重性精神疾病,多起病于青壮年,病程多迁延,致残率高,其病因和病理机制尚不明确。流行病学研究显示母孕期感染是子代罹患精神疾病的重要环境风险因素。通过孕期给予病毒类似物聚肌苷酸胞苷酸(Poly I:C)激活母体免疫,子代可较好模拟精神分裂症的临床及病理现象。临床研究表明,精神分裂症患者存在5-HT能系统的功能异常,该现象在孕期感染子代大鼠模型中也有报道,但其具体发生机制不明。目的通过制备母体免疫激活子代大鼠模型,在子代不同发育节点分析其行为以及5-HT能相关分子表达变化,探讨该模型中5-HT能系统异常的可能机制,为精神分裂症相关的5-HT能系统紊乱的机制研究提供线索。方法1.将SD孕鼠随机分为Poly I:C组和NaCl组,分别于孕9天进行尾静脉注射l0mg/kg Poly I:C和等体积的生理盐水。注射3 h后检测孕鼠血浆中炎症因子水平,评估免疫激活状态。仔鼠离乳后分别在青春期和成年期进行旷场实验、高架十字迷宫实验、Y迷宫实验、PPI等行为学实验检测,分析子代大鼠的行为变化。2.通过转录组测序分析差异表达基因,并采用超高效液相色谱-质谱联用(UHPLC-MS/MS)分析脑脊液中5-HT含量,初步分析孕期感染子代5-HT能系统的紊乱状态。3.选择前额叶皮层和海马组织为研究脑区,采用实时荧光定量PCR和免疫印迹以及免疫荧光技术检测两组大鼠:(1)5-HT合成(TPH2)、转运(VMAT2)及再摄取(SERT)相关蛋白的表达变化,明确5-HT含量异常的可能原因;(2)5-HT相关受体(5-HT2AR)的表达变化,分析其可能导致的下游效应。4.通过相关性分析探究5-HT能通路分子的异常表达与异常行为间的关系。结果1.Poly I:C组孕鼠血浆中炎症因子TNF-α(P=0.017)、IL-1β(P=0.003)和IL-6(P=0.005)的表达水平均高于NaCl组,表明母体免疫激活。2.行为学检测结果提示孕期感染Poly I:C可导致子代出现类精神分裂症样行为,如焦虑水平增加、记忆功能受损及感觉门控功能受损;且异常行为随年龄增加而凸显。结果如下:开放旷场和高架十字迷宫实验显示Poly I:C组大鼠焦虑水平增加,其中Poly I:C组成年期大鼠在开放旷场试验中在中心区域的运动距离显著减少(P=0.001);在高架十字迷宫试验中进入开放臂的次数和时间百分比下降(P=0.02;P=0.008)。Y迷宫和被动规避实验显示Poly I:C组大鼠记忆功能受损,其中Y迷宫实验中Poly I:C组青春期大鼠进入新异臂的次数及时间均显著减少(P=0.047;P=0.022),Poly I:C组成年期大鼠进入新异臂的次数显著减少(P=0.008);被动规避实验中Poly I:C组成年期大鼠进入暗箱的潜伏期T1显著减少(P=0.018)。前脉冲抑制检测结果显示Poly I:C组成年期大鼠在75 dB(P=0.012)、80 dB(P=0.001)和85 dB(P=0.002)的抑制率均显著降低,提示大鼠的感觉门控功能受损。3.转录组测序结果显示Poly I:C组青春期大鼠存在461个差异表达基因,其中上调表达基因262个,下调表达基因199个;差异基因的KEGG通路富集分析共涉及104条信号通路,其中包括5-HT能信号通路。此外,Poly I:C组成年期大鼠脑脊液5-HT的含量显著低于NaCl组(P=0.041)。该结果提示孕期感染子代大鼠存在5-HT能系统紊乱。4.实时荧光定量PCR结果显示:与NaCl组相比,Poly I:C组离乳期大鼠海马SERT的基因表达水平显著下调(P=0.007),青春期大鼠海马5-HT2A受体的基因表达水平显著上调(P=0.012),但成年期大鼠海马SERT和TPH2的基因表达水平显著下调(P=0.006,P=0.002)。5.免疫印迹试验结果显示:与NaCl组相比,Poly I:C组新生期大鼠海马SERT和VMAT2的蛋白水平显著降低(P=0.038,0.021),前额叶皮层VMAT2和5-HT2A受体的蛋白水平同样显著降低(P=0.024,0.040);离乳期大鼠海马SERT、TPH2及5-HT2A受体的蛋白水平显著下降(P=0.029,0.01,0.03),前额叶皮层TPH2和VMAT2的蛋白水平显著下降(P=0.045,0.037);青春期大鼠海马SERT和TPH2的蛋白水平下降(P=0.018,0.001),而5-HT2A受体的蛋白水平升高(P=0.004),前额叶皮层SERT的蛋白水平下降(P=0.018);成年期大鼠海马VMAT2的蛋白水平下降(P=0.023),前额叶皮层VMAT2的蛋白水平降低(P=0.03)。6.免疫组织荧光结果显示:与NaCl组相比,孕期感染子代青春期大鼠Poly I:C组海马CA3区TPH2荧光强度显著降低(P=0.0001),离乳期和成年期Poly I:C组大鼠前额叶TPH2荧光强度明显降低(P=0.003,0.0002);青春期Poly I:C组大鼠海马CA3区5-HT2AR荧光强度明显增高(P=0.008)。7.相关性分析:成年期大鼠海马和前额叶中的5-HT2A受体的蛋白水平与前脉冲抑制实验中的75 dB、80 dB的抑制率均呈负相关(P=0.02,0.03;P=0.009,0.021)。结论孕期感染Poly I:C的子代大鼠在不同发育阶段均存在5-HT合成、5-HT转运、再摄取障碍,以及5-HT下游受体代偿性表达异常,可能是精神分裂样行为及认知功能障碍的重要分子机制之一。