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阿尔兹海默病(Alzheimerdisease,AD)是一个进展性、退行性神经疾病,主要临床表现为学习记忆障碍,组织病理上可见老年斑(SP)、神经纤维缠结(NFT)和神经元的减少。AD的发病机制目前尚未完全阐明,但自由基损伤学说和细胞凋亡学说备受人们的关注。凋亡(apoptosis)是指细胞的一种程序性死亡,受胞内凋亡相关基因表达的调控,神经细胞凋亡是AD发生的一个重要机制。Bcl-2蛋白家族调控细胞凋亡的机制主要是参与细胞色素C的释放,细胞色素C从线粒体释放至胞质是引发细胞凋亡的关键步骤,Bcl-2基因即B细胞白血病2基因,是一种原癌基因,家族中尚有bcl-x,bax、bad、bak。Bcl-2和Bax是功能相反的一对基因,前者抑制细胞凋亡,后者促进细胞凋亡。两者组成一个平衡体系,AD脑组织中促凋亡蛋白Bax升高,神经纤维缠结的区域Bcl-2表达减少,这均提示AD脑组织中存在凋亡过程。氧化应激(oxidativestress)是由于体内的氧化还原平衡失调,产生了过多的活性氧物质(ROS),如过氧化氢(H2O2)、一氧化氮(NO)、氧自由基(O-)及高活性羟自由基(HO·)等,而使机体面临潜在的损伤,AD中的线粒体受到损害能产生氧应激,而氧应激又加剧线粒体的损害作用,AD可能正是这两种因素相互作用的结果。Β-蜕皮甾酮是从露水草等提取出的一类植物甾酮,对高等动物表现出较强的药理活性,具有改善微循环、抗氧化及细胞保护、降低毛细血管通透性、影响免疫系统及中枢神经系统等等多种功效。已有实验报道β-蜕皮甾酮对AD有治疗作用,本研究以AD模型鼠APP/PS1转基因小鼠做为实验对象,给予蜕皮甾酮灌胃处理,结合行为学、形态学和分子生物学等手段,检测蜕皮甾酮对APP/PS1小鼠的学习记忆能力、脑内老年斑形成,凋亡及氧化应激的影响,探讨β-蜕皮甾酮对APP/PS-1转基因小鼠学习记忆能力作用的分子与细胞机制。
材料与方法:
C57小鼠6只,雌雄各半,6月龄;APP/PS-1转基因小鼠12只,雌雄各半,6月龄,由中国医科大学实验动物中心提供。实验过程中的动物饲养及取材均遵守实验动物管理和保护的有关规定;C57小鼠为对照组(Control),APP/PS-1小鼠随即分成两组:模型组(APP/PS-1组)、实验组(APP/PS-1+20HE)每组各6只;实验组:给APP/PS-1小鼠按每日14.4mg/kg灌胃β-蜕皮甾酮一次,连续给药8周,模型组:给APP/PS-1小鼠每日灌胃等量蒸馏水一次,连续给药8周,C57对照组:给C57小鼠每日灌胃等量蒸馏水一次,连续给药8周,Morris水迷宫检测小鼠学习记忆能力,行为学实验结束后,取半个脑组织入-80低温冰箱中冻存,测定MDA含量、SOD、GSH-PX酶活性,Westernblot分析Bel-2、Bax蛋白表达的变化。半个脑组织尼氏染色、HE染色观察各组小鼠海马组织病理学变化,TUNEL染色观察凋亡小体,免疫组化法观察海马Bcl-2、Bax变化。
实验结果:
1.β-蜕皮甾酮对转基因鼠学习记忆能力的影响
与对照组相比,模型组小鼠的学习及记忆及判断能力下降,β-蜕皮甾酮能一定程度改善APP/PS1转基因鼠学习记忆能力的影响,改善APP/PS1转基因鼠的认知能力。
2.β-蜕皮甾酮对APP/PS-1转基因小鼠脑组织病理改变的影响
HE染色及Nissl染色结果显示,对照组(C57)小鼠神经元数量多,排列紧密、均匀、整齐,胞核呈圆形或椭圆形,核仁明显,染色质均匀;模型组(APP/PS-1)小鼠神经元数目减少,排列紊乱,胞核深染、固缩,核仁消失,胞浆周围发现空晕,胞间距较大;实验组(APP/PS-1+20HE)正常神经元数量较多,排列较密,胞核呈圆形或椭圆形,核仁清晰,染色质丰富,少有神经元坏死现象。
3.β-蜕皮甾酮对APP/PS-1转基因小鼠脑区神经元细胞凋亡的影响
TUNEL法染色结果显示模型组小鼠皮层和海马区可见较多的凋亡细胞,蜕皮甾酮给药组凋亡细胞减少。
4.各组小鼠海马Bcl-2、Bax蛋白表达的比较
免疫组化结果显示:对照组(C57)海马有少数的bcl-2、bax免疫阳性细胞;模型组(APP/PS-1)及药物治疗组(APP/PS-1+20HE)bcl-2和bax免疫阳性细胞数较对照组明显增多,呈强阳性表达(P<0.05);药物治疗组bcl-2阳性细胞数明显增多,bax阳性细胞数减少(P<0.05)
WesternBlot结果显示:与对照组相比,模型组海马中Bax蛋白表达明显增多,治疗组表达有所下降(P<0.01),同时,与模型组比较,药物治疗组海马中Bcl-2蛋白表达明显升高。
5.β-蜕皮甾酮对APP/PS-1转基因小鼠海马区SOD、MDA、GSH-Px含量的影响
酶学结果显示,APP/PS-1转基因小鼠海马区SOD、MDA、GSH-Px活性较对照组明显降低,蜕皮甾酮能明显提高小鼠海马内SOD、GSH-Px酶活性,降低MDA活性。
结论:
1.β-蜕皮甾酮能够改善APP/PS-1转基因小鼠的学习记忆能力。
2.β-蜕皮甾酮抑制APP/PS1转基因鼠脑内老年斑的生成。
3.β-蜕皮甾酮通过上调Bcl-2,下调Bax,抑制神经细胞凋亡,减少凋亡小体的形成,发挥抗凋亡作用。
4.β-蜕皮甾酮能够提高APP/PS-1转基因小鼠脑内抗氧化酶活性,发挥抗氧化作用。