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阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)是一种神经退行性疾病,临床表现为早期记忆力丢失和认知功能障碍,并呈进行性发展。病理学变化主要为:淀粉样沉积和神经原纤维缠结形成,并伴有神经元选择性丢失和突触丢失。AD的核心问题是:β淀粉样蛋白(β-amyloid,Aβ)如何导致AD神经病理学变化及相关临床症状出现,尤其是学习记忆能力的下降。突触功能失调是与AD相关的认知功能变化中最相关的因素。最近研究表明,树突棘缺陷在AD认知功能障碍中发挥重要作用。p21活化激酶(p21-activated kinase,PAK),是一种肌动蛋白丝调节蛋白,可以调节树突棘的可塑性。最新文献报道,PAK通路参与AD认知功能障碍。PAK是否参与AD的早期发病机制,是否通过影响树突棘、棘突触可塑性的变化,引起早期的学习记忆行为发生变化?目前尚不清楚。为此,本课题集中于研究神经元AB积聚与树突棘及棘突触变化之间的相关性,并探讨其与AD发病的相关机制。主要包括以下三方面工作:一、通过免疫组织化学方法、酶联免疫吸附测定(Enzyme-LinkedImmunosorbent Assay,ELISA)和Morris水迷宫行为学实验,对22周、32周和48周APP/PS1转基因小鼠和野生型(Wild-type,WT)小鼠大脑皮层和海马部位Aβ淀粉样斑块和Aβ42水平进行检测。结果发现,APP/PS1转基因小鼠随着年龄增加,大脑皮层和海马部位Aβ淀粉样斑块和Aβ42水平逐渐增加。在22周时,Aβ淀粉样斑块最早出现于大脑皮层部位,而后随年龄增加,淀粉样斑块数量逐渐增加,体积明显变大,弥漫分布于整个大脑皮层;而海马部位出现淀粉样斑块时间稍晚于皮层部位,22周时,刚刚开始形成斑块;32周可见有逐渐增加的Aβ淀粉样斑块沉积;48周淀粉样斑块明显增加。ELISA定量检测结果显示,大脑皮层和海马部位Aβ42水平22周时已有明显增加;32周、48周出现显著性增加。这些结果提示,Aβ淀粉样斑块的形成及Aβ42水平增加,呈现明显的年龄依赖性。Morris水迷宫检测结果显示,32周APP/PS1转基因小鼠出现明显的空间辨别性学习记忆能力下降。定位航行实验中隐蔽平台逃避潜伏期时间与对照组小鼠相比,明显延长;而空间探索实验中穿越平台次数也明显减少;48周时学习记忆能力出现进一步下降。这些结果表明,APP/PS1转基因小鼠脑内年龄依赖性的Aβ积聚与学习记忆能力下降有一定相关性。二、通过Tunel凋亡染色、Nissl和Golgi染色及透射电镜技术,对APP/PS1转基因小鼠大脑皮层和海马部位神经元及突触形态学变化进行研究。结果发现,48周APP/PS1转基因小鼠大脑皮层和海马部位均未见有神经元凋亡发生;Nissl染色结果也发现,48周APP/PS1转基因小鼠,与同龄WT小鼠相比,大脑皮层和海马部位神经元数目没有明显变化,差异无统计学意义。提示APP/PS1转基因小鼠脑内无明显的神经元丢失和凋亡发生。而Golgi染色结果却显示,48周APP/PS1转基因小鼠大脑皮层和海马DG、CA1和CA3区神经元的树突发生一系列明显变化,锥体神经元树突显著变形、紊乱,树突变短、变粗,并伴有明显的树突棘减少。不同年龄转基因小鼠定量分析结果显示,22周、32周、48周转基因小鼠随年龄增长,树突棘数目明显减少。提示,APP/PS1转基因小鼠脑内出现年龄依赖性树突棘数目减少。透射电镜观察结果显示,48周转基因小鼠与WT小鼠相比,大脑颞叶和海马DG部位棘突触数目明显减少,穿孔型突触少见。这些结果表明,APP/PS1转基因小鼠脑内出现了树突紊乱、树突棘丢失和棘突触丢失的异常明显变化,而没有明显的神经元丢失发生。三、采用免疫组织化学方法、Western Blot、PAK18(PAK抑制剂)脑内注射实验,对不同年龄APP/PS1转基因小鼠大脑皮层和海马部位p21活化激酶(p21-activated kinase,PAK)和Drebrin的表达变化进行研究,并对二者相关性进行探讨。Western Blot检测结果发现,32周和48周的APP/PS1转基因小鼠,大脑皮层和海马部位均出现pPAK和Drebrin水平明显下降,并随着年龄增长进一步下降;而PAK3的表达在各年龄组均无明显变化。提示,APP/PS1转基因小鼠脑内PAK活性下降和Drebrin水平下降同时发生,二者共同参与转基因鼠脑的病理过程。PAK18脑内注射实验进一步研究发现,48周WT小鼠侧脑室注射PAK18后,大脑皮层和海马部位pPAK水平显著下降,同时伴有Drebrin水平明显下降。这说明WT小鼠脑内Drebrin水平变化与PAK活性密切相关,PAK活性下降引起Drebrin水平减少。提示,APP/PS1转基因小鼠脑内Drebrin水平减少是由于PAK活性下降引起。综上所述,PAK活性下降在APP/PS1转基因小鼠脑的病理学变化中发挥重要作用。提示APP/PS1转基因小鼠脑内出现的、明显的年龄依赖性的Aβ积聚,其毒性作用可能引起PAK活性下降,从而引起Drebrin水平下降,导致树突紊乱、树突棘丢失和突触丢失的变化,进而影响到学习记忆能力的下降。