灯盏乙素抑制海马神经元细胞凋亡减轻2型糖尿病认知功能障碍的机制研究

来源 :昆明医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liuhuanqw
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[目的]本研究通过8周的高糖高脂饮食联合链脲佐菌素(Streptozotocin,STZ.35mg/kg)腹腔注射的方法建立SD大鼠2型糖尿病(Type 2 diabetes mellitus,T2DM)模型,探讨不同剂量灯盏乙素(scutellarin,Scu)灌胃治疗后是否通过抑制炎症因子和氧化应激,调控BDNF/TrkB和PI3k/Akt/CREB传导通路,缓解大鼠海马神经元凋亡,促进糖尿病性认知功能障碍(Diabetes-associated cognitive decline,DACD)的改善。[方法]1.100只10周龄SPF级雄性SD大鼠(180±20 g),适应性喂养两周后按照随机数字表法选取15只作为正常对照组(Control组),其余为T2DM模型组。Control组用标准饲料喂养,T2DM模型组大鼠采用高糖、高脂饮食,8W后一次性腹腔注射35 mg/Kg链脲佐菌素诱导糖尿病模型。三天后,测定SD大鼠尾静脉随机血糖浓度,若血糖浓度≥16.7mmol/L且持续1周以上我们就认定为2型糖尿病模型建立成功。2.把造模成功的大鼠参照随机数字表的方法分为:模型组、灯盏乙素低、中、高剂量组、二甲双胍组;其中灯盏乙素低、中、高剂量组分别给予灯盏乙素25、50、100 mg/Kg/d灌胃治疗;二甲双胍组给予二甲双胍120 mg/Kg/d灌胃治疗;对照组和模型组则给予等体积的生理盐水腹腔灌胃。持续八周。灌胃期间,每周监测各组大鼠一般情况、体重和空腹血糖的变化并根据体重调整灌胃体积。在灌胃给药治疗的第4W末和第8周末,分别进行口服葡萄糖耐量实验(oral glucose tolerance test,OGTT)和胰岛素耐量实验(insulin tolerance test,ITT)检测血糖稳态。3.灌胃结束后,分别进行Morris水迷宫实验(Morris water maze,MWM)和旷场实验旷场实验(Open field test,OFT)来对比大鼠的学习记忆能力和在新异环境中探究行为和紧张度。4.行为学实验结束后,ELISA测定大鼠血清空腹血糖水平(Fasting blood glucose,FBG)和空腹胰岛素水平(Fasting insulin,FINS),计算大鼠的胰岛素抵抗指数(HOMA insulin resistance index,HOMA-IR)和胰岛素敏感性指数(Insulin sensitivity index,ISI)。5.测定血清肝生化指标、血脂:丙氨酸转移酶(Alanine aminotransferase,ALT)、天门冬氨酸氨基转移酶(Aspartic transaminase,AST)、总胆固醇(Total cholesterol,TC)、甘油三酯(Triglyceride,TG)。6.检测大鼠的血清、海马中氧化应激因子和抗氧化应激因子:丙二醛(Malondialdehyde,MDA)、活性氧簇(Reactive oxygen species,ROS);过氧化氢酶(Catalase,CAT)、谷胱甘肽(Glutathione,GSH)、超氧化物歧化酶(Superoxidedismutase,SOD)。7.ELISA法测定大鼠血清和海马炎性因子指标:肿瘤坏死因子-α(Tumornecrosis factor-α,TNF-α)、白细胞介素-1β(Interleukin-1β,IL-1β)、白细胞介素-6(Interleukin-6,IL-6)。8.采用HE染色、尼氏染色和TUNEL染色观察大鼠海马神经元病理结构改变。9.采用免疫组织化学染色(Immunohistochemistry,IHC)和免疫印迹法(Western blotting,WB)分别检测海马中BDNF/TrkB及其下游信号通路PI3K/Akt/CREB,Caspase 家族成员(Procaspase-3、Cleaved-caspase-3、Procaspase-8、Cleaved-caspase-8、Procaspase-9、Cleaved-caspase-9、Procaspase-12)和 B 淋巴细胞瘤-2(B-celllymphoma-2,Bcl-2)、Bcl-2 相关 X 蛋白(Bcl-2 associated X protein,Bax)的表达情况。[结果]1.SD大鼠高糖高脂饮食+小剂量STZ腹腔注射的方法成功建立了 T2DM模型。在灌胃治疗期间,Control组大鼠体重稳定增长,血糖稳定在正常范围;Model组大鼠体重持续下降,血糖显著升高,糖耐量和胰岛素耐量受损严重(P<0.05);各Scu治疗组大鼠体重依旧呈下降趋势,但下降程度趋于平缓,存在时间依赖性和剂量依赖性,血糖、第4W的糖耐量和胰岛素耐量和第8W的胰岛素耐量未见明显改善(P>0.05)。2.2.Morris水迷宫实验:(1)定位航行实验结果表明,与Control组比较,Model组大鼠出现严重的空间学习障碍,表现为逃避潜伏期延长(P<0.05);与Model组比较,Scu各组与Met-120组大鼠逃避潜伏期明显缩短(P<0.05),随着训练次数的增加,各组大鼠总路程逐渐降低。第2-5天,与Control组比较,Model组大鼠总路程延长(P<0.05);与Model组比较,Scu各组与Met-120组大鼠在第2-4天的总路程均缩短(P<0.05);在第5天,总路程均缩短,但仅Scu-50组差异具有统计学意义(P<0.05)。(2)空间探索实验结果表明各组大鼠总路程和平均速度差异无统计学意义(P>0.05)。与Control组比较,Model组大鼠穿越平台次数、目标象限路程百分比、目标象限停留时间百分比减少(P<0.05);与Model组比较,Scu-25组、Scu-50组、Scu-100组、Met-120组大鼠穿越平台次数、目标象限路程百分比、目标象限停留时间百分比增多(P<0.05),其中,Scu-50组效果优于其他用药各组。旷场实验:与Control组比较,Model组大鼠总探索距离缩短,平均速度减慢,进入中心区域次数减少,中央区域停留时间降低,直立次数变少,梳理毛发次数增多,差异具有统计学意义(P<0.05);与Model组比较,Scu-25组、Scu-50组、Scu-100组、Met-120组大鼠总探索距离延长,平均速度加快,进入中心区域次数增多,中央区域停留时间增加,直立次数变多,梳理毛发次数减少,差异具有统计学意义(P<0.05)。其中,Scu-50剂量组效果优于其余各用药组。3.与Control组比较,Model组大鼠FBG、FINS、HOMA-IR升高,ISI降低(P<0.05);与 Model 组比较,Scu 各组与 Met-120 组大鼠 FBG、FINS、HOMA-IR、水平降低,ISI升高(P<0.05)。4.血清肝生化指标、血脂结果显示,与Control组比较,Model组大鼠血清ALT、AST、TC、TG含量均升高(P<0.05),与Model组比较,Scu各组与Met-120组大鼠ALT、AST、TC、TG含量均降低(P<0.05),其中Scu-100组效果优于Met-120 组。5.与Control组比较,Model组大鼠血清、海马匀浆氧化应激相关因子(MDA、ROS)含量均升高(P<0.05),抗氧化应激相关因子(CAT、GSH、SOD)含量均降低(P<0.05),炎性因子(TNF-α、IL-lβ、IL-6)均增加(P<0.05);与Model组比较,经过Scu与Met治疗后,大鼠血清、海马匀浆氧化应激相关因子(MDA、ROS)含量降低(P<0.05),抗氧化应激相关因子(CAT、GSH、SOD)含量升高(P<0.05),炎性因子(TNF-α、IL-1β、IL-6)减少(P<0.05),存在剂量依赖性,而Scu-25组在某些指标中差异无统计学意义(P>0.05)。6.HE染色、尼氏染色和TUNEL染色结果显示,Model组大鼠海马神经元细胞核固缩浓染,尼氏体减少,出现大量的黄褐色凋亡小体,表明其有明显的病理损伤,而经过Scu和Met治疗后,神经元细胞核固缩浓染现象减少,尼氏体数量增多,凋亡小体数目减少。7.IHC和WB的结果显示:与Control组比较,Model组大鼠海马BDNF、p-TrkB、TrkB、p-PI3K、PI3K、p-Akt(Ser473)、p-Akt(Thr308)、Akt、p-CREB、CREB、Bcl-2 蛋白下降(P<0.05);经过药物治疗后,BDNF、p-TrkB、TrkB、p-PI3K、PI3K、p-Akt(Ser473)、p-Akt(Thr308)、Akt、p-CREB、CREB、Bcl-2 蛋白升高(P<0.05)。8.IHC和WB的结果显示:与Control组比较,Model组大鼠海马Procaspase-3、Cleaved-caspase-3、Procaspase-8、Cleaved-caspase-8、Procaspase-9、Cleaved-caspase-9、Procaspase-12、Bax 蛋白升高(P<0.05);经过药物治疗后,Procaspase-3、Cleaved-caspase-3、Procaspase-8、Cleaved-caspase-8、Procaspase-9、Cleaved-caspase-9、Procaspase-12、Bax 蛋白下降(P<0.05)。[结论]1.Scu可以减轻炎症因子的表达失衡、抗氧化应激、调节脂代谢紊乱,改善胰岛素抵抗。2.Scu可能通过上调BDNF/TrkB及其下游信号通路PI3K/Akt/CREB来减轻T2DM大鼠海马神经元凋亡,从而改善糖尿病性认知功能障碍,具有神经保护作用。
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