生酮饮食对新生期反复惊厥远期神经行为损伤及发芽相关分子表达的影响

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目的:探讨生酮饮食对三氟乙醚所致新生期反复惊厥大鼠远期神经行为损伤和海马苔藓纤维再生性发芽相关分子表达的影响。方法:出生8天(Postnatal days8,用P8表示,下同)的Sprague-Dawley(SD)大鼠共48只,依据随机数字表法随机分为对照组(Non-seizure,NS组)和惊厥组(Recurrent-seizure,RS组),每组各24只。适应性喂养一天后,RS组大鼠于P9吸入三氟乙醚诱导惊厥发作,反复诱导惊厥持续30min,每日一次,同样方法连续诱导8天;NS组同样操作但不吸入三氟乙醚。于P28依据是否给予生酮饮食干预,每组大鼠依据随机数字表法再随机分为两组,即单纯对照组(NS+ND组)、对照加生酮饮食组(NS+KD组)、单纯惊厥组(RS+ND组)、惊厥加生酮饮食组(RS+KD组),每组各12只。NS+ND组和RS+ND组大鼠给予普通饮食(Normal diet,ND),NS+KD组和RS+KD组大鼠给予生酮饮食(Ketogenic diet,KD),饮食干预四周。分别于P28、P35、P42、P49每组大鼠尾静脉采血监测其血糖值和血酮值。饮食干预期间(P28~P49)每隔三天测量并记录各组大鼠的体重。于P35、P42、P49分别进行神经行为学评分(平面翻正实验、前肢悬吊实验、负向趋地反应实验、悬崖回避实验)。于P42、P49行旷场实验测试大鼠的自主活动和情绪变化。于P50~P57行Morris水迷宫测试大鼠学习记忆功能。于P58每组各随机取6只大鼠共24只,断头取大脑皮质及海马,采用免疫印迹技术(Western blot)检测各组大鼠大脑皮质及海马锌离子转运体3(Zn2+transporter3,ZnT3)、金属硫蛋白3(Metallothionein-3,MT3)、载脂蛋白E(ApoE)、载脂蛋白J(ApoJ,又名丛生蛋白,Clusterin,CLU)、脂肪酰辅酶A:胆固醇酰基转移酶1(Acyl-coenzyme A: cholesterol acyltransferase-1,ACAT-1)的表达。同时每组随机各取6只大鼠共24只,采用Neo-Timm染色法观测海马苔藓纤维发芽的程度及分布情况。结果:1.对体重的影响:生酮饮食干预前,惊厥组(RS组)P17~P27各时间点体质量较对照组(NS组)对应时间点明显降低,差异具有显著性(P<0.01);生酮饮食干预期间(P28~P49),四组大鼠的体重变化存在总体性差异,具有统计学意义(P<0.01)。进一步组间两两比较结果显示:与单纯对照组(NS+ND组)各时间点相比,对照组经生酮饮食干预后(NS+KD组)及单纯惊厥组(RS+ND组)大鼠各对应时间点体重均显著降低(P<0.01)。于P31~P49,惊厥组大鼠经生酮饮食干预后(RS+KD组)体重较单纯惊厥组(RS+ND组)显著降低(P<0.01)。2.神经发育指标:与单纯对照组(NS+ND组)相比,单纯惊厥组(RS+ND组)(P35、P42、P49)前肢悬吊时间、负向趋地反应时间和悬崖回避时间均明显延长(P<0.05),平面翻正时间(P35、P42、P49)明显缩短(P<0.05)。与单纯惊厥组(RS+ND组)比较,惊厥组大鼠经生酮饮食干预后(RS+KD组)(P35、P42、P49)前肢悬吊时间、负向趋地反应时间和悬崖回避时间均明显缩短(P<0.05),平面翻正时间(P35、P49)明显延长(P<0.05)。此外,与单纯对照组(NS+ND组)相比,对照组经生酮饮食干预后(NS+KD组)(P35、P42、P49)前肢悬吊时间和负向趋地反应时间均明显延长(P<0.05)。3.旷场实验:与单纯对照组(NS+ND组)比较,单纯惊厥组(RS+ND组)延迟时间(P42、P49)明显延长(P<0.05)、开场得分(P42、P49)明显降低(P<0.05)、修饰次数(P42、P49)明显增多(P<0.05);而对照组经生酮饮食干预后(NS+KD组)延迟时间(P49)明显延长(P<0.05),修饰次数(P42)明显增多(P<0.05)。与单纯惊厥组(RS+ND组)比较,惊厥组经生酮饮食干预后(RS+KD组)延迟时间(P42、P49)明显缩短(P<0.05)、开场得分(P42、P49)明显降低(P<0.05)、修饰次数(P42、P49)明显减少(P<0.05)。4.Morris水迷宫:⑴四组大鼠逃避潜伏期于测试第1天至第5天逐渐缩短,且于测试第1天至第5天,单纯惊厥组(RS+ND组)逃避潜伏期较单纯对照组(NS+ND组)明显延长(P<0.05);于测试第4、5天惊厥组大鼠经生酮饮食干预后(RS+KD组)逃避潜伏期较单纯惊厥组(RS+ND组)明显缩短(P<0.05)。⑵单纯惊厥组(RS+ND组)穿越平台次数较单纯对照组(NS+ND组)明显减少(P<0.05);惊厥组大鼠经生酮饮食干预后(RS+KD组)穿越平台次数较单纯惊厥组(RS+ND组)明显增多(P<0.05)。5.Neo-Timm染色结果显示:单纯惊厥组(RS+ND组)CA3区始层和齿状回内分子层苔藓纤维发芽程度较单纯对照组(NS+ND组)显著升高(P<0.01),而惊厥组大鼠经生酮饮食干预后(RS+KD组) CA3区始层和齿状回内分子层苔藓纤维发芽程度较单纯惊厥组(RS+ND组)明显降低(P<0.05)。6.免疫印迹显示:⑴锌离子转运信号通路:与单纯对照组(NS+ND组)相比,单纯惊厥组(RS+ND组)ZnT3、MT3大脑皮层的表达均明显升高(P<0.05),在海马中的表达均显著升高(P<0.01);而与单纯惊厥组(RS+ND组)相比,惊厥组大鼠经生酮饮食干预后(RS+KD组) ZnT3、MT3在海马和大脑皮层的表达均明显降低(P<0.05)。单纯对照组(NS+ND组)与对照组经生酮饮食干预后(NS+KD组)和惊厥组大鼠经生酮饮食干预后(RS+KD组)相比均无显著性差异(P>0.05)。⑵脂质代谢信号通路:与单纯对照组(NS+ND组)相比,单纯惊厥组(RS+ND组)ApoE和ACAT-1在海马和大脑皮层的表达均显著升高(P<0.01),CLU在海马和大脑皮层的表达均明显升高(P<0.05);而与单纯惊厥组(RS+ND组)相比,惊厥组大鼠经生酮饮食干预后(RS+KD组) CLU和ACAT-1在海马和大脑皮层的表达均明显降低(P<0.05),ApoE在海马中表达显著降低(P<0.01)而在大脑皮层中表达明显降低(P<0.05)。单纯对照组(NS+ND组)与对照组经生酮饮食干预后(NS+KD组)和惊厥组大鼠经生酮饮食干预后(RS+KD组)相比均无显著性差异(P>0.05)。结论:1.三氟乙醚诱导新生期大鼠反复长程惊厥发作导致生长发育、神经行为及学习能力的损伤,造成海马CA3区始层及齿状回内分子层苔藓纤维异常发芽增强,并且这种改变可能与锌离子转运相关分子ZnT3、MT3及脂质代谢相关分子ApoE、CLU和ACAT-1在海马及大脑皮质表达明显上调有关。2.惊厥后采用生酮饮食进行干预,能显著改善大鼠的神经行为及认知损伤,且这种保护作用可能与锌离子转运相关分子ZnT3、MT3及脂质代谢相关分子ApoE、CLU和ACAT-1在海马及大脑皮质表达明显下调有关。3.本研究表明,锌离子转运/脂质代谢信号通路共同参与生酮饮食对新生期惊厥性脑损伤的神经保护作用。
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