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目的:
血管性痴呆(vasculardementia,VD)是由于脑血管因素导致的脑循环障碍、脑组织受损,以及由此引起的一种记忆力衰退和至少一项认知功能(即语言、视空间、定向力或抽象思维)减退的神经性疾病,是继阿尔茨海默病之后第二大痴呆性疾病。主要病因是脑血管的病变,其中以缺血性脑血管病发病率居首位。由于血管发病的危险因素是可以避免的,所以对VD尽早实施积极有效的药物干预,对于缓解或减轻VD病人症状,甚至逆转认知功能障碍及损伤具有重要的意义。脑源性神经营养因子(BDNF)是在脑内合成的一种蛋白质,它广泛分布于中枢神经系统内,在中枢神经系统发育过程中,对神经元的存活、分化、生长发育起重要作用,还能防止神经元受损伤死亡、改善神经元的病理状态、促进受损伤神经元再生及分化等生物效应,而且也是成熟的中枢及周围神经系统的神经元维持生存及正常生理功能所必需的蛋白质。BDNF可以通过相关信号转导通路影响细胞的生理功能。信号转导过程的激活、存活和死亡调控基因之间的启动和平衡,决定细胞的存活。信号转导过程的激活是启动细胞凋亡的必要前提。研究认为,脑缺血后与细胞凋亡有关的信号转导通路主要有有丝分裂原蛋白激酶(MAPK)和磷脂酰肌醇-3激酶(phosphoinositide-3kinase,PI3-K)丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶(serine/threoninekinase,Akt),信号通路等。其中MAPK信号通路在细胞凋亡过程中具有双重的作用:既能促进凋亡也能抑制凋亡,而PI3K/AKT信号通路是重要的细胞存活信号通路。多种神经营养因子通过激活PI3K/AKT信号通路抑制细胞凋亡,发挥脑保护作用。
丁基苯酞(3-n-Butylphthalide,简称NBP)是我国学者从植物中筛选提取的新型脑保护药物,后经合成的我国拥有自主知识产权的化学药物。2002年获得国家食品药品监督管理局(SFDA)批准上市的治疗急性缺血脑卒中的一类化学新药。该药作为一种多靶点治疗药物,主要作用是增加缺血区脑血流量和改善缺血区微循环,缩小局灶性脑缺血后梗死面积,减轻神经功能损伤程度,改善全脑缺血后的脑代谢等功能。
丁基苯酞是消旋体,其左旋体和右旋体药物疗效不尽相同。从近年来已被拆分的左旋丁基苯酞(L-3-n-Butylphthalide,简称1-NBP)和右旋丁基苯酞(d-3-n-Butylphthalide,简称d-NBP)的药理作用来看,1-NBP比d-NBP的药效更好,而且还发现对神经细胞凋亡研究中d-NBP的存在降低了d1-NBP的作用,在抗血小板作用中也存在d-NBP拮抗1-NBP而使d1-NBP作用下降的现象,表明d-NBP有拮抗1-NBP作用,因而开发1-NBP的意义更为重大。研究还发现1-NBP有较强的抗脑缺血损伤和抗血小板作用,同时具有抗血管性痴呆和抗Ap引起的老年性痴呆症状及病理改变的作用。1-NBP治疗急性缺血性脑卒中作用较强,其独特的作用机理表现多靶点起作用,它能同时抑制血小板聚集,抑制血栓的形成,改善线粒体功能,抑制凋亡,抑制谷氨酸过量释放,抑制细胞内钙,抗氧化损伤,抑制炎症反应等,重构脑缺血区微循环、减少脑梗死体积,挽救半暗带。
1-NBP保护血管性痴呆大鼠的确切机制目前尚未完全阐明,1-NBP是否对VD大鼠模型具有抗凋亡,抗氧化的作用及其相关的机制尚不清楚,故本实验拟采用结扎颈外动脉的VD大鼠模型,采用HE、Niss1、TUNEL染色、Westernblot等方法研究1-NBP对该大鼠模型认知行为、病理改变、抗氧化能力、细胞凋亡、促凋亡蛋白及PI3K/AKT相关信号通路的影响,观察1-NBP对血管性痴呆大鼠的保护作用,并进一步探讨其作用机制。
材料与方法:
Wistar大鼠70只,雌雄各半,3-4月龄,由中国医科大学实验动物中心提供。用线栓法建立血管性痴呆(VD)动物模型,随机分为5组,每组14只,即假手术对照组(SOG),VD模型组(MDG)、大豆油对照组(SG)、1-NBP高剂量治疗组(30mg/kg/d,DBT1)、1-NBP低剂量治疗组(10mg/kg/d,DBT2)。首先水迷宫测试结束后对入组动物进行灌胃给药,DBT1给予30mg/kg/d,DBT2给予10mg/kg/d;对照组给予等体积消毒大豆油;假手术组和模型组除正常喂食,不给予其他任何药物。各组均每天给药一次,连续给药20天。最后一周对大鼠进行水迷宫、避暗及自主活动等行为学检测,其间继续给药。行为学结束后,快速取一部分大鼠海马入-80℃中冻存,分别进行AChE、ChaT酶活性及NOS、NO含量的测定及Westernblot印迹分析TrkB、P53、AKT、MDM2、Bax、Bcl-2等蛋白表达水平。另一部分大鼠进行脑灌流固定,分别进行HE染色、Nissl染色、TUNEL染色。
实验结果:
1、1-NBP对血管性痴呆大鼠记忆及判断能力的影响
模型组大鼠出现明显的学习记忆及判断能力的下降,但活动能力未受影响:水迷宫、避暗、等行为学结果显示1-NBP灌胃20天后,明显改善了VD大鼠的学习记忆障碍。
2、1-NBP对血管性痴呆大鼠脑组织病理改变的影响
HE染色及Nissl染色结果显示,模型组大鼠大脑皮层及海马区神经元数量明显减少,细胞排列松散,尼氏体分界不清,可见坏死的神经元;1-NBP灌胃20天后明显减轻了神经元损伤程度。
3、1-NBP对血管性痴呆大鼠大海马内AChE、ChaT、NOS酶活性及NO含量的影响
模型组、大豆油组大鼠海马内AChE、ChaT酶活性比假手术组的大鼠明显降低(P<0.01或P<0.05),而高剂量的1-NBP和低剂量的1-NBP大鼠海马内AChE、ChaT酶活性与模型组、大豆油组大鼠德尔比较,均有明显的升高(P<0.01或P<0.05)。模型组大鼠海马内NO含量比假手术组大鼠的明显升高(P<0.01),高剂量的1-NBP和低剂量的1-NBP大鼠海马内NOS含量比模型组大鼠的均有明显的降低(P<0.01或P<0.05)。且NOS的含量与NO含量呈剂量依赖关系。
4、1-NBP对血管性痴呆大鼠脑内海马区神经元细胞凋亡的影响
TUNEL染色结果显示模型组大鼠大脑皮层及海马区可见有较多的凋亡细胞,且细胞凋亡指数比假手术组比明显增多;1-NBP灌胃20天后的海马区也可见凋亡细胞,但比模型组的神经元细胞凋亡明显减少。
5、1-NBP对血管性痴呆大鼠脑内海马TrkB、P53、AKT、MDM2、Bax、Bcl-2蛋白表达的影响
Westernblot印迹分析结果显示模型组大鼠海马区MDM2、p53、Bax蛋白表达水平增加,TrkB、AKT、BCL-2表达减少;1-NBP灌胃20天后可明显的抑制MDM2、p53、Bax蛋白表达水平的增加,增强TrkB、AKT、BCL-2蛋白表达含量。
结论:
1、1-NBP能够改善该VD模型大鼠的学习记忆障碍。
2、1-NBP作用使得AChE、ChaT酶活性增高及NOS酶活性降低,NOS酶活性降低进而降低了NO含量,发挥对大鼠海马神经细胞的保护作用,改善大鼠的学习记忆能力改变其病理行为。
3、1-NBP通过激活PI3K/AKT信号通路,并进一步影响相关促进凋亡与抑制凋亡蛋白表达水平,进而抑制大鼠脑内的神经细胞的凋亡,发挥对大鼠海马神经细胞的保护作用,改善大鼠的学习记忆功能。