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第一部分、发育期暴露甲基化抑制剂对其后代小鼠行为学的影响 目的:研究小鼠(F0)发育期暴露DNA甲基化抑制剂5-氮杂胞苷(5-Azaytidine,5-Aza)对其后代(F1)小鼠的行为学的影响,探索DNA甲基化模式变化的可遗传性。 方法:在发育期F0小鼠给予5-Aza,待其成年后,分为以下四组配对繁殖:即对照组雌性×对照组雄性(组1,对照组)、5-Aza高剂量组雌性×对照组雄性(组2)、对照组雌性×5-Aza高剂量组雄性(组3)、5-Aza高剂量组雌性×5-Aza高剂量组雄性(组4)。待其后代成年后进行高架十字迷宫实验(EPM)、旷场实验(OFT)、明暗箱实验(LDB)、糖水偏好实验(SPT)、强迫游泳实验(FST)、悬尾实验(TST)来观察其后代小鼠的行为学变化。 结果:在EPM中,5-Aza后代小鼠进入封闭臂的次数较对照组减少(P<0.0l),在封闭臂的停留时间较对照组增加(P<0.01);组4雄性后代小鼠进入开放臂的次数及停留时间较对照组减少(P<0.05),组2后代雄性小鼠进入开放臂的次数减少(P<0.05),组3后代雄性小鼠在开放臂停留时间减少(P<0.05),组3、组4雌性后代小鼠进入开放臂的次数及停留时间较对照组减少(P<0.05);在OFT中,5-Aza后代小鼠穿过中心区域的次数和直立次数较对照组减少(P<0.01);在LDB中,与对照组相比,5-Aza后代小鼠明箱停留时间减少(P<0.01),除组2雄性小鼠外,其余各组雄性小鼠穿箱次数较对照组增加(P<0.01),雌性小鼠与对照组无统计学差异;在SPT中,与对照组相比,组4、组2雄性后代小鼠糖水偏好率降低(P<0.01,P<0.05,各自的);在FST中,5-Aza后代小鼠累积不动时间较对照组延长(P<0.01);在TST中,与对照组相比,5-Aza后代小鼠累积不动时间延长(P<0.01)。 结论:本课题组前期的研究发现,小鼠在发育期暴露于5-Aza能引起成年后焦虑抑郁样行为。本实验进一步发现在发育期暴露于5-Aza,可引起其后代小鼠焦虑抑郁样行为。我们的结果表明,DNA甲基化模式的变化可遗传给后代,从而引起其行为学异常。 第二部分、发育期暴露甲基化抑制剂对其后代小鼠HPA轴的影响 目的:通过研究后代小鼠对下丘脑-垂体-肾上腺(hypothalamic-pituitary-adrenal,HPA)轴的影响,探讨发育期期给予5-Aza小鼠后引起后代小鼠焦虑抑郁样行为的机制,为神经精神疾病治疗提供新思路和靶点。 方法:小鼠在发育期暴露于5-Aza,待其后代小鼠完成行为学测试后,处死小鼠,取血和脑组织,用ELISA法测定各后代小鼠前额皮质、海马中脑源性神经营养因子(brain derived neurotrophic factor,BDNF)、5-甲基胞嘧啶(5-methylcytosine content,5-mC)、糖皮质激素受体(glucocorticoid receptor,GR)、盐皮质类固醇受体(mineralocorticoid receptor,MR)浓度的变化;RT-PCR法检测前额皮质、海马中BDNF、DNA甲基转移酶1(DNA methyl transferase,Dnmt1)、GR、促肾上腺皮质激素释放激素(corticotropin releasing hormone,CRH)、11β-羟类固醇脱氢酶1(11β-Hydroxysteroid dehydrogenase,11β-HSD1)的mRNA水平变化;Western-Blot法检测前额皮质、海马中BDNF、Dnmt1、GR、CRH、11β-HSD1的蛋白表达。 结果:ELISA法结果显示,与对照组相比,给以5-Aza后,其后代小鼠BDNF在海马及血中的表达水平下降(P<0.01),组2、组3雌性后代小鼠BDNF在前额皮层含量较对照组下降(P<0.05),其余各组小鼠BDNF在前额皮层的含量较对照组减少(P<0.01);5-Aza后代小鼠5-mC在前额皮层及海马部位中的表达程度较对照组下降(P<0.0l);组2、组3、组4后代小鼠GR在前额皮层和海马的表达程度较对照组明显增加;组2雌性后代小鼠MR在前额皮层的表达较对照组上升(P<0.05),其余组后代小鼠MR在前额皮层的含量较对照组明显增加(P<0.01),组4雄性后代小鼠、组3雌性后代小鼠、组4雌性后代小鼠MR在海马的表达程度较对照组上升(P<0.0l),组3雄性后代小鼠MR在海马表达水平较对照组增加(P<0.05)。RT-PCR结果显示,5-Aza后代小鼠前额皮层及海马Dnmt1 mRNA水平较对照组明显减少(P<0.01);5-Aza后代小鼠在前额皮层及海马BDNF mRNA水平较对照组减少(P<0.01);组2、组3、组4后代小鼠在前额皮层GR mRNA水平较对照组增加(P<0.05,P<0.01各自的),各组小鼠海马GR mRNA水平较对照组明显增加(P<0.01);5-Aza后代小鼠前额皮层及海马中的11β-HSD1mRNA水平较对照组明显增加(P<0.01)。组2雄性后代小鼠前额皮层CRH mRNA水平较对照组增加(P<0.05),其余组小鼠前额皮层CRH mRNA水平较对照组明显增加(P<0.01),各组小鼠海马部位CRH mRNA水平较对照组增加(P<0.01)。Western blot结果显示给予5-Aza后,后代小鼠在前额皮层及海马中的Dnmt1蛋白表达水平较对照组明显下降(P<0.01);组2雌性后代小鼠海马BDNF含量较对照组明显减少(P<0.01),其余各组后代小鼠前额皮层及海马中的BDNF含量较对照组下降(P<0.01);5-Aza后代小鼠前额皮层及海马GR表达较对照组明显增加(P<0.01);组2、组3、组4后代小鼠前额皮层及海马部位11β-HSD1的含量较对照组增加(P<0.01);组2、组3、组4后代小鼠前额皮层及海马部位CRH表达水平较对照组明显增加(P<0.01,P<0.05,P<0.01,各自的)。 结论:我们的结果表明,发育期小鼠暴露甲基化抑制剂5-Aza引起其后代小鼠行为学改变,可能是通过改变BDNF、Dnmt1以及HPA轴通路上的GR、CRH、MR、11β-HSD1等基因的甲基化模式,进而影响它们的表达程度,导致神经发生发育异常,引起神经精神症状。