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背景与目的:
帕金森病(Parkinsonsdisease,PD)作为一种常见的神经变性疾病,对人类健康特别是中老年健康危害很大。运动迟缓、静止震颤、肌张力增高以及姿势步态异常为中晚期帕金森病典型临床表现,左旋多巴(L-dopamine,L-DOPA)为PD标准用药,但度过所谓药物的蜜月期之后,会出现药物诱发的症状波动以及相关药物副作用出现。脑深部电刺激术(deepbrainstimulation,DBS)作为中晚期PD病人的治疗手段之一,被广泛地用于帕金森病、特发性震颤、肌张力障碍等运动障碍疾病。在治疗中晚期PD患者时,DBS作为目前治疗帕金森病比较有效的方法,在西方国家广为接受,有药物治疗及损毁手术所无法比拟的优点:安全(对脑组织无永久损伤)、可塑性强(根据病人的反应调整刺激参数)、可逆转性(更好的干预措施出现后可以及时停用该治疗)。虽说帕金森病的STN-DBS治疗能取得良好的治疗效果,但其具体机制至今仍未阐明。研究DBS的作用机制不但能完善该技术,使其更精确地应用于临床,而且能为这一治疗提供科学理论依据,并可能扩大适应症。
PD病人的大脑在形态学上通常缺乏特征性的表现,正电子发射断层显像(positronemissiontomography,PET)这一现代医学影像学工具是通过观察人体代谢、受体表达等的变化,从分子核医学水平对疾病做出早期诊断。小动物PET(smallanimalPET,microPET)在普通PET的基础上提高了分辨率,能检测更加微小的脑组织结构代谢情况。本研究利用氟-[18F]脱氧葡萄糖(18F-fluoro-2-deoxyglucose,18F-FDG)和碳-[11C]甲基哌啶螺环酮(3-N-[11C]methylspiperone,11C-NMSP)microPET分别检帕金森病大鼠模型STN-DBS前后动态脑局部葡萄糖代谢及纹状体多巴胺2型受体(dopaminereceptorstype2,DRD2)表达的变化,试图从功能代谢影像学角度来探讨DBS的可能机制。
研究方法:
将实验动物分为两组,向制备PD模型组的大鼠右侧中脑黑质致密部(substantianigracompacta,SNc)和中脑腹侧被盖区(ventraltegmentalarea,VTA)注射4μL6-OHDA(2μg/μL,含2%抗坏血酸)溶液。向假手术组SNc和VTA注射等量的含2%抗坏血酸的生理盐水。两周后阿扑吗啡(apomorphine,APO)检测模型成功与否,选取成功PD模型大鼠(n=12),假手术组大鼠(n=10)分别行18F-FDG和11C-NMSPmicroPET扫描。扫描完成后在大鼠脑STN位置植入套管,两周后行STN-DBS治疗,刺激前(套管植入后)、刺激后三天及刺激后两周时间所有大鼠行18F-FDGmicroPET扫描,刺激后五天行11C-NMSPmicroPET。为了更好的分析PET数据,我们同时对大鼠进行头颅MRI扫描,18F-FDGmicroPET和MRI图像用ASIProVM软件进行融合。分别在两侧半球选择6个感兴趣区域:纹状体、海马、感觉运动皮质、丘脑、脑桥及小脑以观察刺激前后脑局部葡萄糖代谢的变化。从11C-NMSPmicroPET图像纹状体画出感兴趣区观察刺激前后大鼠纹状体DRD2表达的变化。同时将成功的PD大鼠做免疫组化以证实PD模型的成功,PET实验结束后做尼氏染色对电刺激点进行确定,对定位准确的纳入实验统计。
结果:
成功帕金森病大鼠模型,在APO诱导下出现旋转反应,且大于7r/min,而假手术组大鼠则没有出现旋转反应。免疫组化显示成功模型组右侧黑质致密部的TH神经元显著减少,右侧纹状体DRD2表达显著升高,而损毁对侧无明显改变。尼氏染色证明电极刺激点在STN上。PD模型组损毁侧纹状体、海马及感觉运动皮质葡萄糖代谢率要低于健侧,而在丘脑、脑桥及小脑左右比较无明显差异。与对照组比较,PD模型组纹状体、感觉运动皮质、海马的葡萄糖代谢率显著降低。经STN电刺激后,PD大鼠海马、感觉运动皮质、丘脑局部葡萄糖代谢率显著升高,小脑葡萄糖代谢率显著降低,这些作用维持到刺激后两周,但是海马和丘脑有明显下降趋势。PD模型组右侧纹状体的DRD2表达明显高于左侧,亦高于对照组同侧纹状体,电刺激前后比较并无显著性差别。
结论:
1.18F-FDG和11C-NMSPmicroPET能有效评估PD模型脑局部葡萄糖代谢及DRD2表达水平,可能成为早期诊断PD的分子影像学工具。
2.单侧STN-DBS可能通过调节帕金森病大鼠海马、感觉运动皮质以及丘脑的葡萄糖代谢而发挥其治疗作用。