β—细辛醚对抑郁模型大鼠海马CA3区超微结构的改变及脑组织ERK蛋白表达的影响

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  【摘要】 目的:探讨β-细辛醚对抑郁模型大鼠海马CA3区超微结构及脑组织ERK蛋白表达的影响及干预作用。 方法:选取60只4~5月龄SD雄性大鼠随机分为正常对照组、模型组、氟西汀组和β-细辛醚组,每组15只。采用慢性轻度不可预见性应激制作大鼠抑郁模型,造模第2天开始,氟西汀组和β-细辛醚组给予氟西汀和石菖蒲干预,于实验第1、7、14、21天,分别进行体重、糖水偏爱度检测和敞箱实验,对大鼠行为学改变进行评定。采用电镜技术观察大鼠大脑组织海马CA3区超微结构的改变,采用免疫组织化学染色和计算机图像分析技术测定检测ERK蛋白阳性目标积分光密度及其表达的变化。结果:电镜观察结果显示:模型组大鼠海马神经元凋亡增加,β-细辛醚能改善大鼠海马病理改变;免疫组化结果显示:与模型组比较,氟西汀组和β-细辛醚组大鼠行为学指标显著改善,海马区ERK蛋白表达增强,差异有统计学意义(P<0.05)。结论:β-细辛醚可显著改善抑郁模型大鼠的抑郁症状,其作用机制可能与增强ERK蛋白表达有关。
  【关键词】 β-细辛醚; 抑郁; ERK; 免疫组织化学染色; 电镜
  抑郁是由显著而持久的心境低落为主要临床特征的精神障碍,通常由一种或多种原因引起,核心症状为情绪低落,并常伴有闷闷不乐,自卑焦虑,甚至悲观厌世,可有自杀企图或行为等意志减退及各种躯体症状[1]。抑郁症的主要病理改变表现在中枢神经系统,有器质性的病变基础[2]。患者有神经元的可塑性下降,脑颞叶皮层特别是海马部位密度下降,神经元的树突减少和神经元坏死,即结构和功能发生适应性改变[3]。抗抑郁药其药理作用通常为通过激活大脑部分区域神经元内的信号通路,以达到影响神经元的可塑性[4-5]。细胞外信号调节激酶( Cextracellular signal-regulated kinase,ERK1/2)是丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)超家族的重要成员之一,是传递丝裂原信号的信号转导蛋白,作用于胞浆或胞核内的底物蛋白,ERK信号通路可以通过調节下游的细胞转录因子发挥作用,引起特定蛋白的表达或活化,促进细胞存活和增强细胞突触可塑性的作用。笔者前期研究表明,石菖蒲挥发油β-细辛醚对心血管及呼吸系统具有多方面作用,而对神经保护更加突出。本研究尝试从观察β-细辛醚对抑郁模型大鼠海马CA3区超微结构的改变及脑组织CRP蛋白表达的影响入手,以进一步探讨其作用机制。
  1 资料与方法
  1.1 一般资料
  1.1.1 动物来源 大连医科大学实验动物中心提供,清洁级雄性SD大鼠60只,体重(190±10)g,许可证编号SCXK(辽)2008-0003。
  1.1.2 药品来源 β-细辛醚标准品由天津一方科技有限公司提供(批号00011017-T9K),盐酸氟西汀胶囊由苏州俞氏药业有限公司生产。
  1.1.3 主要试剂 Rabbit Anti- ERK(购于天津津脉基因测绘有限公司)、二抗、免疫组化SP试剂盒、PBS缓冲溶液、DAB显色剂、(购于福州迈新生物技术开发有限公司)。图像分析系统DP801(Alphamiager公司)。
  1.1.4 仪器 EM208S透射电子显微镜为荷兰飞利浦产品。光学显微镜CX31RBSF(Olympus),图像分析系统DP801(Alphamiager)。石蜡包埋机、石蜡切片机、分析天平、低温超速离心机等仪器均由中心实验室提供。
  1.2 方法
  1.2.1 动物分组 大鼠自由进食进水,适应性喂养1周。敞箱实验进行行为学评分,取评分相近的大鼠60只,随机分为正常对照组、模型组、氟西汀组、β-细辛醚组共4组,每组15只。
  1.2.2 造模及给药 正常对照组大鼠每笼5只饲养,不给予任何刺激。其余各组每笼1只,复制孤养模型,并进行21 d慢性低强度不可预见性应激刺激(Chronic unpredictable mild stress stimulation,CUMS)。刺激方法根据Katz法改进:摇晃(1次/s,15 min)、冰水游泳(4 ℃,5 min)、夹尾(3 min)、禁食(24 h)、禁水(24 h)、热应激(45 ℃,5 min)、束缚(8 h)、昼夜颠倒[6]。每天随机给予1种刺激方式。造模同时,β-细辛醚组按25 mg/(kg·d)灌胃给予β-细辛醚组混悬液(10 g/L),氟西汀组按1.2 mg/(kg·d)灌胃给予氟西汀混悬液(10 g/L),模型组给予等量生理盐水。
  1.2.3 抑郁大鼠行为学评价 实验前1 d、实验第7、14、21天测量体重,并进行敞箱实验测定(Opne field法):实验装置为长宽各80 cm、高40 cm、内壁置黑涂满、底板为白色并黑线分成16 cm×16 cm的25个方格的无盖方箱。大鼠四肢完全进入一个分区才计数,计为一个水平活动得分;以双前肢完全抬离地面后放下计为一个垂直活动得分,同时计数动物的大便粒数和修饰次数。每只大鼠仅进行1次测定,每次观察3 min。
  1.2.4 大鼠海马CA3区超微结构的检测 大鼠断头处死后取脑,分离并取海马,置入2.5%戊二醛的冷固定液中,置冰箱保存。次日用0.1M的磷酸缓冲液冲洗及饿酸固定,逐级丙酮脱水,浸透液浸透并包埋,聚合硬化后,用莱卡UCT型超薄切片机切片,醋酸铀染,枸橼酸铅双重染色,于透射电镜下观察海马CA3区超微结构。
  1.2.5 检测大鼠海马组织ERK蛋白的表达 21 d行为学测试后,每组取5只大鼠,乙醚吸入麻醉后开胸,左心室插管,右心耳下开右心房,快速灌注生理盐水及甲醛,对大鼠进行固定。
  断头处死大鼠后开颅,迅速分离出海马。经固定、脱水、包埋、切片等步骤制作成切片,采用SP检测法进行免疫组化染色,当细胞膜上出现适当阳性颗粒时,双蒸水冲洗终止显色。苏木素进行复染、水洗、盐酸乙醇稍分化后返蓝,脱水、透明、中性树胶封片。光镜下观察,并用Motic Med 6.0数码医学图像分析系统计算ERK蛋白抗原表达的总面积、阳性细胞数和平均光密度。   1.3 统计学处理 采用SPSS 13.0软件对所得数据进行统计分析,计量资料用(x±s)表示,组间比较采用单因素方差分析,以P<0.05为差异有统计学意义。
  2 结果
  2.1 各组大鼠Open-Field实验行为学评价 实验前各组大鼠各项评分差异均无统计学意义(P>0.05)。造模7 d后,模型组较正常对照组水平运动与垂直运动得分降低,但差异均无统计学意义(P>0.05);体重及糖水偏爱度稍有降低趋势但差异均无统计学意义(P>0.05)。与模型组相比,氟西汀组和β-细辛醚组水平、垂直运动得分均升高,差异均有统计学意义(P<0.05),但体重及糖水偏爱度增加不明显。造模14 d后,模型组与正常对照组比较,水平、垂直运动得分、体重及糖水偏爱度均显著降低,差异均有统计学意义(P<0.05);与模型组相比较,氟西汀组和β-细辛醚组水平、垂直运动得分、体重及糖水偏爱度均明显升高,差异均有统计学意义(P<0.05)。造模21 d,与正常对照组相比,模型组水平、垂直运动得分、体重及糖水偏爱度均继续降低,差异均有统计学意义(P<0.05);与模型组相比较,氟西汀组和β-细辛醚组水平、垂直运动得分、体重及糖水偏爱度均明显升高,差异均有统计学意义(P<0.05)。
  2.2 大鼠海马CA3区超微结构的变化及β-细辛醚的干预作用 如图1所示,正常组神经元胞体大小正常,细胞核卵圆形,核染色质呈现细沙状分布;核膜清晰,核染色质均匀,胞浆内细胞器丰富,结构完整;模型组神经元胞体变小,细胞核皱缩,核膜凹凸不整,模糊不清,核染色质增多,块状向边缘集结,胞浆内线粒体肿胀、空泡样变性,并可见大量脂褐素;氟西汀组海马区域的神经元,细胞核仁明显,游离核糖体丰富,偶见脂褐素;β-细辛醚组神经元胞体基本正常,核内异染色质少,核周间隙正常,高尔基体,粗面内质网正常。
  2.3 各组大鼠海马区ERK蛋白的表达 模型组大鼠海马区ERK阳性细胞数明显减少,表达明显减弱,细胞排列不规则;而β-细辛醚组ERK阳性细胞数明显增多,表达增强,细胞排列整齐,与模型组相比较,差异有统计学意义(P<0.05)。通过Motic Med 6.0 数码医学图像分析系统分析各组积分光密度,与正常组比较,模型组大鼠脑内海马区ERK蛋白表达显著降低,差异有统计学意义(P<0.01);与模型组比较,氟西汀组、β-细辛醚组ERK蛋白表达均明显升高,差異有统计学意义(P<0.05)。见图2。
  3 讨论
  本研究采用21 d慢性轻度不可预见性应激、孤养制造SD大鼠抑郁模型,通过SD大鼠体重增长变化、糖水溶液消耗量、粪便粒数及敞箱实验等行为学观察,该模型成功模拟抑郁症患者相应症状:运动迟缓、兴趣减退、探究力下降等表现,可作为实验研究抑郁症的理想模型。
  抑郁症的病理机理目前尚不完全明确[7]。但海马CA3区损伤导致神经发生抑制从而引起抑郁症的发生已得到大家普遍认同[8]。本实验中正常组大鼠神经元胞体正常;核卵圆形,核染色质细沙状分布;核膜清晰,胞浆内细胞器丰富,结构完整。模型组大鼠海马CA3区,电镜下可见许多神经元细胞器减少,线粒体空泡化,内质网扩张,溶酶体增多,胞核变小,形态不规则,说明21 d慢性应激刺激对大鼠海马脑区造成了明显损害。氟西汀组和β-细辛醚组大鼠海马CA3区神经元形态与正常对照组相似,提示β-细辛醚能对抗慢性应激刺激对海马脑区的损伤。
  ERK信号转导通路在神经元增殖、分化、抗凋亡中发挥重要作用。ERK蛋白正常定位于细胞浆,当受到应激、炎症、生长因子等细胞外信号刺激后被激活,转位至细胞核,调节核转录因子CREB的活性,参与细胞增殖与分化、骨架构建、形态维持、细胞凋亡等多种生物学反应,并发挥促进细胞存活和增强神经元突触可塑性的作用。研究表明抑郁症的发生与该神经传导通路转导异常密切相关。
  有报道称慢性应激刺激应激导致机边缘系统(海马、基底结和杏仁核)萎缩和凋亡,以及齿状回颗粒细胞再生减少[9]。本研究结果表明,慢性应激刺激导致抑郁模型大鼠海马区ERK蛋白表达下降,进一步证实ERK与抑郁症的发病密切相关。抑郁患者ERK下调导致其下游的基因转录受到抑制,从而影响海马正常功能的发挥。而β-细辛醚可有效改善抑郁模型大鼠的抑郁症状,并上调抑郁症大鼠海马区ERK蛋白的表达,减少神经元萎缩与凋亡,从而实现其抗抑郁的作用。
  参考文献
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  (收稿日期:2013-10-01) (本文编辑:黄新珍)
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