老脑痴呆动物模型

一种新的老年痴呆动物模型

组员：***

摘要建立一种新的老年痴呆(AD)小鼠模型,AD及其治疗药物的研究。选用NIH小鼠,腹腔注射D2半乳糖120mg/kg和亚硝酸钠90mg/kg,每天1次,连续60d,制备老年痴呆动物模型。通过水迷宫试验,脑组织匀浆蛋白质含量、乙酰胆碱酯酶(AchE)和超氧化物歧化酶(SOD)活性的测定,脑组织病理切片HE染色和刚果红染色,比较老年痴呆模型小鼠和正常小鼠的差异。与对照组比,模型组小鼠的逃避潜伏期明显增加(P<0101),脑内蛋白质含量没有明显差异,脑内AchE活性增加(P<0101),SOD活性下降(P<0101);模型组小鼠出现触须脱落,大脑皮层出现类老年斑病理改变,海马和大脑皮层神经元变性坏死。 D2半乳糖和亚硝酸钠合并制备的老年痴呆模型在一定程度上模拟了AD的发病特点,可作为AD及其治疗药物研究的一种新模型。

关键词阿尔茨海默病;学习记忆;超氧化物歧化酶;老年斑

老年痴呆(AD)缺乏有效治疗手段的原因之一在于与人类 AD相似的动物模型未能真正建立起来,现有的AD模型大多只针对AD病理的某一方面,只能模拟AD 诸多病理变化中的一个侧面,相对AD的多因素发病和错综复杂的病理过程来说均有较大的差距。因此,建立能够在行为以及组织病理方面较好地模拟AD的动物模型是AD研究的热点之一,将有助于推动AD发病机制的研究和治疗药物的筛选。已有许多文献报道,小鼠、大鼠皮下注射或腹腔注射D2半乳糖可造成亚急性衰老模型,注射亚硝酸钠则可造成全身多脏器的缺血缺氧,导致学习记忆成绩下降 ,我们将二者结合起来,用D2半乳糖使青年小鼠在较短的时间内呈现出自然衰老小鼠的特征;用亚硝酸钠造成脑缺血缺氧,影响其学习记忆能力;通过行为学试验、脑内相关指标的测定、脑组织病理检查等方法来研究这种模型与人类AD的相似程度.

1 材料和方法

1.1 实验动物和主要试剂 NIH小鼠购自第一军医大学实验动物中心,合格证号:粤检证字第2000A037号。蛋白定量(双缩脲法)测定试剂盒(批号20010801)、乙酰胆碱酯酶(AchE)活性测定试剂盒(批号20011105)和超氧化物歧化酶(SOD)活性测定试剂盒(批号20011109),均购自南京建成生物工程研究所。D2半乳糖(生化试剂)上海试剂二厂产品,批号991215。亚硝酸钠(分析纯),汕头市光华化学厂产品,批号20001020。

1.2 小鼠AD模型的建立雌性NIH小鼠40只,20～24g, 每组20只,随机分为空白对照组和AD模型组。造模方法为:小鼠每日腹腔注射D2半乳糖120mg/kg 和亚硝酸钠90mg/kg,连续60d;空白对照组腹腔注射等体积生理盐水。

1.3 水迷宫试验自动记录水迷宫装置为80cm×50cm×20cm的茶色有机玻璃槽(中国医科院药物所研制),内设起点、终点(台阶)和多处盲端,水深9cm,水温

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24℃～27℃,记录小鼠从起始点放入至找到台阶的时间(寻找潜伏期),若超过120s则以120s计。给药完毕后第1天,各组小鼠进行训练,使其找到台阶;第

2～4天加长路程,记录各组小鼠的寻找潜伏期。

1.4 脑内相关指标的测定行为学试验结束后,每组取10只小鼠禁食12h,断

头处死,取全脑(嗅脑除外),置玻璃匀浆器中,加入预冷生理盐水制成10%(g/ml)

脑匀浆,3000r/min离心10min,取上清液置冰浴中,测定蛋白含量和AchE、SOD

活性,按试剂盒说明书所述步骤操作,取样量均为50μl。

1.5 病理检查各组余下小鼠腹腔注射戊巴比妥钠60mg/kg麻醉,仰卧固定于

手术台上,剪开胸腔,暴露心脏,用生理盐水和4%多聚甲醛进行心脏灌注固定,至

四肢僵直为止,取全脑和颊部皮肤组织置4%多聚甲醛溶液中固定24h,石蜡包埋

切片,常规HE染色和刚果红染色。

1.6 统计方法数据以平均值±标准差表示,使用SPSS810 统计软件处理,用t

检验进行统计学分析。

2 结果

2.1 水迷宫实验结果见表1。可见模型组小鼠的寻找潜伏期始终明显长于

对照组,表明模型组小鼠的学习记忆能力下降。

表1 小鼠水迷宫逃避潜伏期测定结果(s,x±s)

组别 n 第2天第3天第4天

空白对照组 18 75.4±29.8 51.8±27.0 34.6±12.6

模型组 17 100.4±31.5 91.9±40.2 73.4±27.1

与空白对照组比:1)P<0105,2)P<0101;

2.2 小鼠脑内生化指标测定结果两组间的蛋白质含量没有显著差别,模型组AchE活性比空白对照组明显升高,模型组 SOD活性比空白对照组明显降低。

表2 小鼠脑内蛋白含量、AchE活性、SOD活性的测定结果(x±s)

组别蛋白含量 (mg/ml) AchE活性(μmol/mg) SOD活性(nU/mg)

空白对照组 3.33 0.735±0.054 23.3±2.5

模型组 3.19 0.29±0.076 15.9±1.4

2.3 病理检查结果脑组织切片显示,对照组海马和皮层神经细胞染色均一、

结构完整,细胞膜、核膜清晰。模型组海马可见明显散在的或连续的神经细胞变

性坏死,表现为胞浆深染、核固缩、胞膜核膜界限不清晰;严重的出现点状中断,

在大脑皮层也可见较多变性坏死的神经细胞,偶尔可见类老年斑结构,这些可能

是其行为上出现障碍的病理基础。

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实验过程中,模型组小鼠在约40d时出现普遍的触须脱落。颊部皮肤组织切片显示,对照组小鼠触须的毛囊饱满、圆整,内部结构层次丰富,被毛排列致密整齐;而模型组的毛囊则出现萎缩、塌陷,由于触须的脱落,毛囊内出现明显的空洞,被毛排列稀疏、不规则。

3 讨论

D2半乳糖造成动物的老化效应早有报道,青年小鼠长期注射D2半乳糖后,由于其代谢产物半乳糖醇不能被进一步代谢而堆积在细胞内,影响渗透压,导致细胞肿胀,代谢紊乱,体内活性氧水平升高,细胞膜脂质受损,以致产生机体多器官、多系统的功能衰退,这些变化均与老龄小鼠相似。D2半乳糖还会引起脑神经元的一系列退行性变化,包括神经元数目减少,脑组织中SOD活性下降,MDA脂褐素水平升高,表现为学习记忆能力下降。因此我们给青年小鼠腹腔注射D2半乳糖60d,造成亚急性衰老模型来模拟AD发生于老年人的特点。目前常采用1次腹腔注射亚硝酸钠120mg/kg造成小鼠的记忆巩固障碍模型,亚硝酸盐大量进入机体后,可使正常的血红蛋白变为高铁血红蛋白,失去携带氧的功能,引起组织缺氧,导致大脑意识和行为上出现障碍。我们对此做了适当的改进,将剂量调整至死亡率较低的90mg/kg,并连续腹腔注射 60d,通过较长时期的反复脑缺氧,造成动物学习记忆能力的明显下降。行为学试验结果显示,随着训练次数的增加、训练时间的推移,空白对照组小鼠的寻找潜伏期迅速缩短,表明正常小鼠很快熟悉水迷宫环境并找到终点,而模型组小鼠的寻找潜伏期居高不下,表明模型组小鼠的学习记忆功能受损。

Ach是中枢胆碱能神经系统重要的神经递质,它由胆碱乙酰化转移酶(ChAT)催化合成,乙酰胆碱酯酶(AchE)催化分解。迄今为止,多数研究表明AD患者脑内ChAT和AchE活性降低,Ach含量不足,导致中枢神经系统功能障碍,学习记忆能力下降。但有关AD动物模型脑内AchE活性变化的报道却不尽一致,有的降低,有的升高,主要是因为不同的作者采用的AD动物模型有很大差别,有的采用D2半乳糖和AB合并造模,有的仅用东莨菪碱一次腹腔注射造成动物学习记忆障碍。此外,AchE活性测定方法的不同对结果可能也有一定影响。我们的研究结果显示,AD模型组小鼠脑内AchE活性增高 (P<0101)。由于AchE活性的异常增高,造成脑内神经递质Ach被大量水解,含量下降,导致中枢神经系统功能障碍,出现学习记忆和认知能力下降。研究表明,AD患者脑组织中总 SOD、Mn2SOD和Cu/Zn2SOD活性均明显低于正常脑组织 ,血清和脑脊液SOD水平也比对照组低,而脂质过氧化物 (LPO)水平则明显升高,这提示AD的发生发展与自由基有密切的关系。体内过多的氧自由基能攻击损害神经细胞膜,干扰细胞内酶系统的正常功能,造成神经细胞老化和变性,最终导致AD发生。我们的实验结果与上述报道相近,模型组小鼠脑内SOD活性明显降低(P<0101),因此其清除氧自由基的能力下降,神经元受损,从而造成小鼠的认知功能减退。脑组织病理检查显示模型组小鼠大脑皮层和海马均出现变性坏死的神经细胞,皮层偶尔可见类老年斑结构,这与AD患者脑内出现的病理变化类似。由于中枢神经细胞一般是不可再生的,因此这种病理变化必然影响到脑内信息的传递和处理,从而使动物在行为、认知和学习记忆上出现障碍。此外,在实验过程中出现了罕见的触须脱落现象,触须是小鼠特化的硬毛,是大脑的感觉器官,对于动物确定方位起着特别重要的作用。

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