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目的:分析应用高分辨磁共振波谱研究链脲佐菌素(STZ)诱导的1型糖尿病大鼠在持续高血糖状态后大脑海马的神经递质代谢变化,结合病理学和生化检查探讨糖尿病脑病的发病机制。
方法:20只SD雄性大鼠(8周龄,体重180~220g,清洁级)为研究对象,随机将动物分为对照组和实验组,各10只。所有大鼠经适应性饲养1周后进行诱导。诱导前禁食12h,诱导前采集尾静脉血,应用血糖仪(美国雅培公司FreeStyleBlood Glucose Monitoring System,测试范围1.1~33.3mmol/L)监测血糖,将血糖<8.9mmol/L的大鼠纳入研究对象。按体重给予实验组动物60mg/kg STZ腹腔一次性注射,对照组经腹腔注射等量柠檬酸缓冲液。在诱导后第3天和第2、4、8、12周对两组动物在空腹状态下采集尾静脉血进行血糖浓度测定,将诱导3d后空腹血糖大于16.7mmol/L作为成功的1型糖尿病大鼠模型。同时每日观察大鼠体重、进食量、饮水量等变化状况。在STZ注射12周后,每组选取5只大鼠断头处死,分离的海马组织迅速浸入液氮中急冻,做好标记后置于-80℃的超低温冰箱中保存。取左侧海马组织匀浆,检测超氧化歧化酶(SOD)活力和丙二醛(MDA)含量变化,右侧海马组织经高氯酸萃取后进行高分辨磁共振波谱检测,并对神经递质含量的变化进行分析。另外,每组各选取5只大鼠取脑用4%的多聚甲醛固定,以供海马细胞凋亡检测。
结果:
1.大鼠血糖变化
两组大鼠在STZ或柠檬酸缓冲液处理前血糖值分别为6.9±0.7mmol/L和6.5±0.2mmol/L,无统计学差异(p>0.05)。所有STZ处理的糖尿病组大鼠在处理后3d、2w、4w、8w、12w血糖值均大于16.7 mmol/L;对照组在上述相同时间点监测血糖均小于8.9mmol/L,且对照组各时间点的血糖值比较无统计学差异(p>0.05)。
2.海马组织超氧化歧化酶(SOD)活力和丙二醛(MDA)含量的变化
海马组织匀浆液中实验组的MDA含量显著高于对照组(p<0.05),而SOD活性显著低于对照组(p<0.05)。
3.海马神经元凋亡
实验组大鼠海马组织内CA1和DG段凋亡神经元数目较对照组明显增多,差异有统计学意义(p<0.05)。
4.神经递质代谢变化
糖尿病大鼠造模12周后,实验组和对照组大鼠脑组织的1H NMR谱进行多元统计偏最小二乘法辨别分析(PLS-DA),显示实验组与对照组在第一主成分(PC1)上明显分开,提示两组间代谢模式存在统计学差异(p<0.05)。PLS-DA的载荷图(图2B)能够给出对代谢模式区分贡献大的代谢物(图中每一点代表一个代谢成分),偏离中心点的代谢物对分类的贡献较大,即Lac、NAA、Glu、Gln和m-Ins等是重要的代谢物。实验组较对照组海马内Lac、Gln、Tau、m-Ins和Gly等代谢物含量升高,同时NAA、Suc和Asp等代谢物含量降低,差异有统计学意义(P<0.05)。Ala、GABA、Glu、Cr的含量有增加趋势,但无统计学差异(p>0.05)。
结论:
1.通过空腹注射单剂量60mg/kg的STZ柠檬酸钠混悬溶液可以成功诱导1型糖尿病SD大鼠动物模型。
2.糖尿病脑病模型大鼠病理、生化分析表明糖尿病脑病的发生机制可能与海马神经元凋亡和氧化应激等因素有关。
3.1H MRS的研究从代谢层面上表明STZ致糖尿病大鼠海马脑损伤的发病机制可能与该区域的神经递质代谢紊乱相关。