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随着世界人口老龄化的到来,老年痴呆患者数量持续上升,对人类健康的危害日益突出。阿尔茨海默病(Alzheimers disease,AD)是老年痴呆的主要类型,早期可导致病患智力低下,记忆丧失,晚期严重者可丧失生活自理能力,行为失常。该病不仅严重影响老年人的身体健康和生活质量,还给家庭和社会带来沉重的负担,使之成为当今社会不可忽视的公共卫生难题之一。
AD的病理改变以大脑皮质弥漫性萎缩、脑沟加深、脑回变窄为主,胆碱能神经元大量丢失、以β-淀粉样蛋白(Amyloidβ-protein,Aβ)为核心的老年斑(Senileplaques,SP)及神经原纤维缠结(Neurofibrillary tangles,NFT)的形成为该病三大病理特征。由于AD发病机制复杂,目前存在多种假设解释其成因,但在众多假说中Aβ级联假说与氧自由基假说在AD形成的各种机制中占主导地位。AD患者大脑由于缺氧、缺血或神经退行性改变,常有反应活性氧(Reactive oxygen species,ROS)和氧自由基累积,造成氧化损伤,且高龄因素又削弱还原型谷胱甘肽(Glutathione-SH,GSH)、超氧化物歧化酶(Superoxidedismutase,SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(Glutathione peroxidases, GPX)等各种生理性抗氧化剂的功能,导致氧自由基显著增加,并可氧化神经细胞膜不饱和脂肪酸,增加膜脂质过氧化物生成,使脂质过氧化终产物丙二醛(Malondialdehyde,MDA)蓄积。研究发现,脑内Aβ的产生和聚集能够诱导氧化应激反应产生,同时,氧化应激也可促进Aβ的聚集,形成恶性循环,最终诱发神经元凋亡,导致认知功能障碍。目前尚无治疗AD的特效药物,因此针对AD的早期预防至关重要。
一些天然植物化学物已经被发现具有预防和改善AD的作用,莱菔硫烷(Sulforaphane,SFN)是十字花科植物中含有的一种异硫氰酸盐(Isothiocyanates,ITCs)。研究表明,应用SFN作用于皮质损伤后的大鼠可以显著提高其空间学习和记忆能力,并可缓解认知功能障碍。SFN还可作用于中枢神经系统的缺血性损伤模型,发现其具有良好的神经保护作用。此外,SFN还通过调解抗氧化酶而发挥其抗氧化功能。关于SFN对AD的干预研究目前未见报道,因此,本研究通过神经行为学及Aβ沉积的变化,探讨SFN对铝和D-半乳糖(D-galactose,D-gal)联合染毒的AD模型小鼠的干预作用,并从氧化应激角度揭示其作用机制。
材料与方法:
一、动物分组及处理
健康成年昆明种小鼠54只,雌雄各半,体重范围:18-22 g,按体重随机分为3组,每组18只。根据预实验结果,干预组小鼠经口灌胃25 mg/kg剂量的SFN,蒸馏水配制,灌胃量为0.1 ml/10 g体重,对照组、模型组小鼠经口灌胃等量蒸馏水。同时模型组、干预组小鼠经颈背部皮下注射200 mg/kg剂量的D-gal,注射量为0.05 ml/10 g体重,隔日给药,D-gal用生理盐水稀释,对照组小鼠皮下注射等量生理盐水。两组均给予AlCl3·6H2O配制的水喂饲小鼠,铝浓度为0.4 g/100 ml,对照组给予蒸馏水喂饲。实验期间,各组小鼠自由摄食、饮水。实验持续90 d。
二、样品采集
实验结束后,乙醚麻醉处死,冰上剥离脑组织,取每组10只小鼠左侧大脑皮质用于检测MDA、GSH含量,SOD及GPX活性,右脑皮质用于测定SOD、GPX的mRNA表达水平。另每组8只小鼠乙醚麻醉后,经左心室-升主动脉灌注50 ml生理盐水,再灌注300ml预冷的4%多聚甲醛固定液(0.1M,PH7.4配制)。将脑组织置于相同固定液(4℃)中固定,石蜡包埋后行海马冠状位连续切片,片厚5μm。
三、观察指标及检测方法
(一)神经行为学
采用Morris水迷宫判断小鼠学习记忆能力及旷场试验观察小鼠适应新环境的空间认知与自主探索能力。
(二)病理学指标检测
采用免疫组化染色法检测各组小鼠脑组织Aβ沉积情况。
(三)MDA、GSH含量及SOD、GPX活性
应用分光光度法按试剂盒说明进行测定。
(四)SOD、GPX的mRNA表达
以β-actin作为内参基因,采用Real-time PCR(SYBR Green I嵌合染料法)分析SOD、GPX基因的相对表达量。
四、统计分析
实验数据用SPSS13.0统计软件进行分析,所有数据均以(X)±S表示。正态分布数据的组间比较采用单因素方差分析,组间两两比较采用LSD法检验,检验水准:α=0.05。
结果:
(一)神经行为学检测
1、水迷宫实验
与对照组相比,AD模型组小鼠逃避潜伏期延长,穿越平台所在位置的次数减少,但差异均无统计学意义(P>0.05);与AD模型组相比,干预组小鼠逃避潜伏期缩短,穿越平台所在位置的次数增多,但差异均无统计学意义(P>0.05)。
2、旷场试验
与对照组相比,AD模型组小鼠跨格次数减少,中央格停留时间明显延长,直立次数明显减少,差异均有统计学意义(P<0.05);与AD模型组相比,干预组小鼠跨格次数增加,中央格停留时间明显减少,直立次数也有所增加,差异均有统计学意义(P<0.05)。
(二)组织病理学检测
与对照组相比,模型组小鼠海马、皮质Aβ斑块数量均明显增多,差异有统计学意义(P<0.05)。干预组小鼠海马、皮质Aβ斑块均少于模型组,差异有统计学意义(P<0.05)。
(三)氧化应激水平分析
1、小鼠大脑皮质MDA、GSH含量及SOD、GPX活性
各组小鼠大脑皮质MDA、GSH含量差异均无统计学意义(P>0.05)。与对照组相比,模型组小鼠大脑皮质GPX活性降低,差异无统计学意义(P>0.05)。干预组与模型组小鼠大脑皮质GPX活性相比,差异无统计学意义(P>0.05)。与对照组相比,模型组和干预组小鼠大脑皮质SOD活性水平明显升高,差异均有统计学意义(P<0.05);干预组与模型组小鼠大脑皮质SOD活性相比,未见统计学差异(P>0.05)。
2、小鼠大脑皮质SOD、GPX mRNA水平
模型组和干预组小鼠大脑皮质SOD mRNA水平高于对照组,差异均有统计学意义(P<0.05)。模型组与干预组小鼠大脑皮质SOD mRNA水平相比,差异无统计学意义(P>0.05)。各组小鼠大脑皮质GPX mRNA水平,未见统计学差异(P>0.05)。
结论:
1、SFN对AD模型小鼠的神经行为学变化具有改善作用
2、SFN可减少AD模型小鼠脑内的Aβ斑块沉积
3、SFN对AD模型小鼠脑组织氧化应激水平的改变未见明显的影响