异常黏液质成熟剂颗粒对APP/PS1转基因小鼠行为学和海

塔依尔?吐尔松 买吾拉尼江?依孜布拉 买地尼也提?尼亚孜 等

摘要:目的 观察异常黏液质成熟剂颗粒对APP/PS1转基因小鼠空间学习记忆、海马CA1区组织病理形态学变化的影响,探讨其作用机制。方法 选取3月龄APP/PS1转基因模型小鼠并将其随机分为模型组、阳性药组和异常黏液质成熟剂高、中、低剂量组,每组18只。另取18只3月龄C57BL/6J小鼠作为正常组。各给药组给予相应药物灌胃,连续6个月。Morris水迷宫实验观察小鼠学习和记忆能力;HE染色光镜下观察海马CA1区病理形态;透射电镜观察小鼠海马CA1区有髓神经髓鞘、微管、微丝。结果 水迷宫实验结果显示,模型组小鼠逃避潜伏期时间较正常组明显延长(P<0.01),空间搜索实验穿越原平台位置次数较正常组明显减少(P<0.01);与模型组比较,异常黏液质成熟剂除低剂量组第1日外其余各剂量组小鼠逃避潜伏期明显缩短(P<0.05,P<0.01),异常黏液质成熟剂低、高剂量组小鼠经过有效区域次数明显增加(P<0.05,P<0.01),异常黏液质成熟剂各剂量组小鼠原平台所在象限停留时间明显增加(P<0.01)。HE染色显示,异常黏液质成熟剂各组小鼠脑组织海马CA1区,锥体细胞层完整性稍好,细胞排列整齐,形态正常,均匀分布;电镜观察,与模型组比较,异常黏液质成熟剂各组小鼠海马CA1区神经元核形不规则,核膜清楚,染色质清晰,核仁明显,细胞基质均匀,细胞器丰富,分布均匀,线粒体嵴明显,粗面内质网和游离核糖体多见。结论 异常黏液质成熟剂颗粒可改善APP/PS1转基因小鼠空间学习记忆能力,减轻神经元超微结构受损。
关键词:异常黏液质成熟剂颗粒;APP/PS1转基因小鼠模型;空间学习记忆;海马CA1区
DOI:10.3969/j.issn.1005-5304.2016.04.011
中图分类号:R285.5 文献标识码:A 文章编号:1005-5304(2016)04-0041-04
Effects of Abnormal Phlegmatic Temperament Granules on Behavioristics and Hippocampus Pathomorphism of APP/PS1 Transgenic Mice TURSUN Tayerjan1, HIZBULLA Mawlanjan1, NIYAZI Maidiniyeti2, SHAWUTI Shadike3, AMAT Nurmuhammat1 (1. Uygur Medical School, Xinjiang Medical University, Urumqi 830011, China; 2. First Affiliated Hospital of Xinjiang Medical University, Urumqi 830011, China; 3. Affiliated Chinese Medicine Hospital of Xinjiang Medical University, Urumqi 830000, China)
Abstract: Objective To investigate the effects of Abnormal Phlegmatic Temperament Granules on spatial learning and memory, histopathology morphological change in hippocampus CA1 zone; To discuss its mechanism of action. Methods Three-month-old APP/PS1 transgenic mice were randomly divided into 5 groups: model control group, positive control (donepezil 0.92 mg/kg) group, Abnormal Phlegmatic Temperament Granules high-, medium-, and low-dose groups (3, 2, 1.5 g/kg), 18 mice in each group. Another 18 three-month-old C57BL/ 6J mice were chosen as normal control group. All administration groups received relevant medicine for successive 6 months. Then the changes in learning and memory ability of mice were detected by Morris water maze test; pathomorphism in hippocampus CA1 zone was detected by HE staining method; changes of myelin sheath, microtubule, and
基金项目:教育部新世纪优秀人才计划(NCET-11-1073)
通讯作者:努尔买买提·艾买提,E-mail:Oglan1972@126.com
microfilament in myelinated nerve of hippocampus CA1 zone were detected by electron microscope. Results Morris water maze test results showed that escape incubation period of APP/PS1 transgenic mice was significantly longer than the normal control group (P<0.01), and the original platform time was significantly shorter than normal control group (P<0.01); compared with model control group, Abnormal Phlegmatic Temperament Granules treatment groups escape latency time was significantly reduced (P<0.05, P<0.01). Space experiments and escape incubation period of Abnormal Phlegmatic Temperament Granules high-, medium-, low-dose groups were significantly shortened (P<0.05, P<0.01), and spatial searching test showed that the times of mice in Abnormal Phlegmatic Temperament Granules high-, medium-, low-dose groups passing through effective area increased (P<0.01). The integrity of HE staining pyramidal cell layer in the hippocampus CA1 zones of Abnormal Phlegmatic Temperament Granules high-, medium-, and low-dose groups was relatively good; cells arranged orderly; distribution was normal. Electron microscopic observation showed that compared with model control group, the hippocampus neurons nuclear had irregular shape; nuclear membrane was clear and complete; chromatin was clear; nucleolus was obvious; cell matrix was uniform; organelles were abundant; mitochondrial cristae was obvious; endoplasmic reticulum and free ribosomes were obvious. Conclusion Abnormal Phlegmatic Temperament Granules can improve spatial learning and memory in APP/PS1 mice, alleviate neuronal ultrastructure damage and ultimately improve cognitive function.
Key words: Abnormal Phlegmatic Temperament Granules; APP/PS1 double transgenic mice model; spatial learning and memory; hippocampus CA1 zone
阿尔茨海默病(Alzheimer disease,AD),是以记忆力丧失、认知功能障碍为主要临床特征的神经退行性障碍疾病。近年来,AD的患病率和死亡率呈上升趋势,加之晚期AD患者常伴有严重认知功能障碍和精神异常症状,由此带来的社会、家庭、经济及公共卫生问题将会越来越严重。AD属维医中异常体液导致的“失忆”“失眠”“愚蠢”“遗忘”等范畴。在早期的轻度认知功能障碍期,异常黏液质在临床表现中占主要的地位[1]。临床上异常黏液质成熟剂对AD早期疗效较好。本实验观察该药对APP/PS1转基因小鼠空间学习记忆能力和海马CA1区组织病理形态学变化的影响,探讨其作用机制。
1 实验材料
1.1 动物
SPF级APP/PS1转基因AD模型小鼠90只,雄性,3月龄,体质量23~27 g;SPF级C57BL/6J小鼠18只,雄性,3月龄,体质量23~27 g;北京华阜康生物科技股份有限公司,许可证号SCXK(京)2009-0004。小鼠饲养于新疆医科大学实验动物中心,饲养环境为SPF级。
1.2 药物
异常黏液质成熟剂颗粒由新疆医科大学维吾尔医学院提供;盐酸多奈哌齐片,卫材(中国)药业有限公司,批号061653928914,使用前粉碎,用蒸馏水溶解。
1.3 主要试剂与仪器
苏木素-伊红染液、4%多聚甲醛、50%戊二醛和白色素,南京建成生物有限公司。MT-200Morris视频分析和跟踪系统(成都泰盟科技有限公司),100 ℃水浴锅(常州国华电器有限公司),BS-1105型电子天平(北京赛多克斯天平有限公司),CX-3双目显微镜(日本OLYMPUS公司),DM300图像采集系统(德国Laica公司),1230透射电镜(日本JEOL公司)。
2 实验方法
2.1 分组及给药
将90只转基因小鼠随机分为模型组、异常黏液质成熟剂高、中、低剂量组和阳性药组,每组18只;同时以18只同月龄C57BL/6J小鼠作为正常组。依据异常黏液质成熟剂的临床应用剂量换算成小鼠给药剂量,即异常黏液质成熟剂低、中、高剂量组分别按1.5、2、3 g/(kg·d)灌胃异常黏液质成熟剂颗粒,阳性药组予0.92 mg/(kg·d)多奈哌齐灌胃,正常组和模型组予等量生理盐水灌胃,给药体积1 g/0.1 mL。各组小鼠给药6个月后,做行为学实验。实验阶段所有小鼠均正常饮食、饮水,每日1次。
2.2 行为学检测
水迷宫实验测试包括定位航行实验和空间搜索实验。定位航行实验持续4 d,记录每只小鼠60 s内找到平台的时间,每日4次,不同象限入池,当小鼠上到平台后终止5 s记录,休息10~20 min后进行第2次实验。空间搜索实验记录小鼠60 s内停留于原始平台位置的时间,观察并记录小鼠通过原始平台位置的次数[2]。
2.3 组织形态学检测
行为学检测结束后快速脱颈处死小鼠并取脑组织,贴上标记,投入含20%蔗糖多聚甲醛固定液后固定24 h以上。室温下切片,经二甲苯Ⅰ5 min→二甲苯Ⅱ10 min→无水乙醇→95%乙醇Ⅰ→95%乙醇Ⅱ→80%乙醇,水洗,苏木素染10 min,盐酸乙醇分化,水冲洗回蓝,伊红染5 min后水洗,再由低至高乙醇脱水,封片,光镜下观察海马CAl区病理形态。
2.4 细胞超微结构检测
取海马CA1区脑组织,切成1 mm3,放入4%戊二醛固定液内固定2 h,PBS冲洗10 min×3次→1%锇酸固定2 h→PBS冲洗10 min×3次→脱水→包埋,制成超薄切片,染色后透射电镜观察。
3 统计学方法
采用SPSS19.0统计软件进行分析。实验数据以—x±s表示,多组间比较采用方差分析,组间比较采用t检验。P<0.05表示差异有统计学意义。
4 结果
4.1 异常黏液质成熟剂颗粒对APP/PS1转基因小鼠空间学习记忆能力的影响
定位航行实验模型小鼠逃避潜伏期时间较正常组明显延长(P<0.01),异常黏液质成熟剂除低剂量组第1日外其余各剂量组小鼠逃避潜伏期时间较模型组明显缩短(P<0.05,P<0.01);空间搜索实验模型组小鼠穿越原平台位置次数较正常组明显减少(P<0.01);与模型组比较,异常黏液质成熟剂低、高剂量组小鼠经过有效区域次数明显增加(P <0.05,P<0.01),异常黏液质成熟剂各剂量组原平台所在象限停留时间明显增加(P<0.01)。结果见表1、表2。
4.2 异常黏液质成熟剂颗粒对APP/PS1转基因小鼠脑组织海马CA1区细胞形态学的影响
光镜观察正常组小鼠HE染色锥体细胞核排列整齐,海马神经元结构完整,形态正常,分布均匀,数量较多,核异染色质少,颜色浅,胞体胞浆淡蓝色,细胞核核仁大而清楚,胞质丰富,无核固缩或溶解现象,核膜清晰,可见少量神经胶质细胞,但无胶质细胞增生的情况;模型组小鼠HE染色可见神经元数目减少、变性、坏死,锥体细胞排列紊乱,细胞缩小,核固缩,形态无规则,胶质细胞增生;阳性药组小鼠HE染色锥体细胞核排列整齐紧密,海马神经元结构完整,数量较多,形态正常,分布均匀,核异染色质少,颜色浅,胞体胞浆淡蓝色,胞质丰富,无核固缩或溶解;异常黏液质成熟剂低剂量组小鼠HE染色仍见锥体细胞带紊乱、变细,细胞体积缩小,细胞间隙大,与模型组比较有所改善;异常黏液质成熟剂中剂量组小鼠HE染色可见少量分散的神经元凋亡细胞,神经元数量增多,锥体细胞紊乱减少,细胞体积增大、核固缩减轻;异常黏液质成熟剂高剂量组小鼠HE染色见细胞排列整齐,锥体细胞层较完整,形态正常,结构紧密,分布均匀,胞体胞浆淡蓝色,细胞核大而清楚,胞质丰富,可见少量的神经元固缩状坏死,核膜清晰,可见少量的神经胶质细胞,但无胶质细胞增生的情况。结果见图1。
4.3 异常黏液质成熟剂颗粒对APP/PS1双转基因小鼠脑组织海马CA1区细胞超微结构的影响
透射电镜观察正常组小鼠海马神经元核圆形,核膜完整清晰,染色质清晰,核仁明显,细胞基质密度均匀,细胞器丰富,均匀分布,线粒体嵴清晰可见,有丰富的粗面内质网和游离的核糖体;模型组小鼠神经核形状不规则,可见异染色质和核仁边集,细胞基质密度稍微降低,部分线粒体微肿胀、线粒体基质密度降低,粗面内质网扩张;阳性药组小鼠海马神经元核圆形,核膜清楚完整,染色质细腻,部分神经元细胞核形不规则;细胞基质密度均匀一致,细胞器丰富,均匀分布,线粒体嵴清晰可见,有丰富的粗面内质网和游离的核糖体,粗面内质网稍扩张;异常黏液质成熟剂低剂量组小鼠神经元细胞核形状极不规则,异染色多,细胞基质密度略降低,个别线粒体轻微肿胀、空泡变,粗面内质网扩张;异常黏液质成熟剂中剂量组小鼠海马神经元核圆形,核膜清楚完整,染色质细腻,核仁明显,细胞基质密度均匀一致,细胞器丰富,均匀分布,线粒体形态基本正常,游离核糖体多,内质网略扩张,细胞可见少量脂褐素;异常黏液质成熟剂高剂量组小鼠海马神经元核形不规则,核膜完整清晰,染色质清晰,核仁明显;细胞基质密度均匀,细胞器丰富,均匀分布,线粒体嵴清晰可见,有丰富的粗面内质网和游离的核糖体。结果见图2。
5 讨论
AD是一种与年龄相关、不可逆的神经退行性疾病,以渐进和永久失去学习记忆能力为主要特点,最初呈现轻度认知功能障碍,逐渐发展到严重的记忆功能缺损[3],疾病后期常常出现抑郁、焦虑和易怒等异常精神症状[4],其病因包括APP、PS1基因的突变[5]。AD引起的神经元损害已经被认可是一种重要的病理特征,在研究和开发转基因小鼠的过程中起重要的作用[6]。
治疗AD的常用西药有胆碱酯酶抑制剂、抗Aβ治疗的分泌酶抑制剂、非甾体类抗炎药、神经营养因子类药物等,但这些药物尚无任何一种可完全有效治疗AD。维医认为,大脑是湿寒性脏器,黏液质属性也是湿寒,其中涩味黏液质是黏液之中混入黑胆质的异常体液,分量重、质地稠,作为大脑病理产物在大脑中沉淀,从不同途径和(或)不同程度上损伤神经组织,影响正常细胞生理功能,易于形成神经阻滞,进而引起相应的神经功能障碍和AD等神经系统疾病。异常黏液质成熟剂具有成熟异常黏液质、消炎解毒等功效。该药药性干热,成熟异常黏液质体液,纠正由异常黏液质导致的人体机能的异常状态,以维持人体体液的相对平衡。
本实验研究结果显示,通过异常黏液质成熟颗粒治疗后,定位航行实验小鼠逃避潜伏期时间明显缩短。空间搜索实验小鼠经过有效区域次数增加,提示异常黏液质成熟剂颗粒可有效地改善APP/PS1转基因小鼠的空间学习和记忆能力。病理观察结果显示,异常黏液质成熟剂颗粒可改善组织结构受损的脑神经细胞,减少细胞损伤,降低神经纤维缠结的程度和老年斑的形成,减轻神经元细胞的受损,减轻粗面内网和游离核糖体的损伤。提示异常黏液质成熟剂能改善APP/PS1转基因小鼠脑内神经元线粒体、突触的结构损伤。
参考文献:
[1] 新疆维吾尔自治区卫生厅中国医学百科全书维吾尔医分卷办公室. 中国医学百科全书:维吾尔医学分卷[M].乌鲁木齐:新疆人民卫生出版社,1985:17-25.
[2] MORRIS R. Developments of a water-maze procedure for studying spatial learning in the rat[J]. J Neurosci Methods,1984,11(1):47-60.
[3] 帕丽丹·吾术尔,买吾拉尼江·依孜布拉,努尔买买提·艾买提,等.阿尔茨海默病异常黑胆质病证结合大鼠模型血清代谢组学研究[J].科技导报,2014,32(28/29):39-47.
[4] 邱昕,陈国华,冯佩,等.黄连解毒汤对APP/PS1双转基因AD小鼠海马区病理形态学及脑内tB-APP基因表达的影响[J].神经损伤与功能重建, 2010,5(6):404-408.
[5] 哈木拉提·吾甫尔,党明,热娜古丽·艾则孜,等.异黑颗粒对APP/PS1双转基因模型小鼠学习记忆和抗氧化能力的影响[J].科技导报,2013, 31(14):26-29.
[6] OANA C, Lucian H, Marius M, et al. Cognitive-enhancing and antioxidant activities of inhaled coriander volatile oil in amyloid β(1–42) rat model of Alzheimer's disease[J]. Physiology & Behavior,2013,120(15):193-202.
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