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目的:
弥漫性轴索损伤(DAI)以广泛的轴索断裂为主要特征,在重型脑外伤中很常见,其死亡率高,预后差,并常导致存活患者长期的认知功能缺陷,主要表现为学习能力下降,记忆力减退等,目前仍缺乏有效疗法。新近研究指出,热应激预处理诱导产生的热休克蛋白70(HSP70)能显著减轻受损轴索的病理变化,但其对DAI后的认知功能转归是否有利,国内外尚未见相关报道。本实验通过建立热应激预处理和DAI动物模型,用行为学、神经电生理学和形态学方法来研究热应激预处理及HSP70对DAI后大鼠学习记忆能力的影响并探讨其内在机制,为DAI的治疗新途径提供实验依据。
方法
成年Wistar大鼠随机分为四组:①实验组(HSDAI,n=10):DAI建模前24h给予热应激预处理;②损伤组(DAI,n=10):仅接受DAI建模,不予热应激;③热应激组(HS,n=10):仅接受热应激,不予DAI建模;④空白组(Sham,n=10):仅接受假手术处理,不予DAI建模或热应激。热应激采用可调温电热毯加热法,DAI模型以冲击加速度法复制。建模后14天开始,应用Morris水迷宫(MWM)检测大鼠的空间认知,以定位航行实验检测其学习获取能力,以空间搜索实验评估其记忆保持能力。第20天,采用长时程增强(LTP)记录检测其海马区与学习记忆相关的突触可塑性。另外,建模后24h,第14天和第20天,各组分别取大鼠进行HE染色和免疫组织化学染色,证实其脑内的病理变化、β淀粉样前体蛋白(β-APP)的聚集及HSP70表达情况。
结果
1.MWM定位航行实验显示DAI大鼠与HSDAI、HS或Sham组对比,其逃避潜伏期明显延长(p<0.05),而后三组之间的差异无统计学意义(p>0.05):空间搜索实验显示DAI大鼠与HSDAI、HS或Sham组对比,其目标象限逗留时间百分比和跨越原平台次数均明显减少(p<0.05),而后三组之间此两参数的差异亦无统计学意义(p>0.05)。
2.海马LTP记录中,经强直刺激后,Sham组兴奋性突触后电位(EPSP)的斜率和群峰放电(PS)的幅值明显比DAI组增加(p<0.05):HSDAI组EPSP斜率和PS幅值的增加亦比DAI组明显(p<0.05),且与Sham组比较无统计学差异(p>0.05);HS组该两参数与Sham组比较均无差异(p>0.05)。
3.HE染色DAI组24h可见轴索回缩球(ARB)及肿胀轴索聚集于大脑皮层、皮层下白质、胼胝体、脑干等处;在皮层和海马可见变性的神经元;海马区细胞排列紊乱;第14天上述部位的ARB和肿胀轴索数量减少;第20天仍见局部轴索迂曲和少量变性神经元。HSDAI组24h在上述部位所见的ARB相对较少,轴索肿胀较轻,亦可见变性神经元,海马区细胞排列相对正常;第14天仍见局部的轴索肿胀迂曲,变性神经元密度下降;第20天仅见少数的变性神经元。
4.β-APP免疫组化,DAI组24h见阳性神经元分布于皮层及海马,在皮层、皮层下白质、胼胝体、脑干观察到轴索迂曲断裂;第14天阳性神经元和轴索明显减少、着色减轻;第20天仍残留少数阳性神经元。HSDAI组24h上述部位的阳性神经元密度较低,着色较浅,各脑区阳性轴索的病理变化亦较轻微;第14天阳性神经元和轴索进一步减少,着色更浅;第20天各脑区未见阳性轴索。HSP70免疫组化,DAI组24h可见阳性神经元和胶质细胞分布上述脑区。HSDAI组24h阳性细胞更密集,着色更深。HS组仅在第一个时点出现免疫阳性反应。各组第14天和第20天均未见HSP70阳性细胞。
结论
1.DAI导致大鼠空间学习与记忆能力减弱,与各脑区联系中断、海马神经细胞受损和突触可塑性下降有关。
2.热应激预处理对DAI大鼠的认知功能有保护作用,因其能减轻损伤的病理变化并促进海马区突触可塑性的恢复,从而提高伤后的学习记忆能力。
3.热应激预处理能诱导HSP70的增强表达,其对DAI的保护作用与HSP70的增强表达有关,并可能由其主导。
4.单纯的热应激对大鼠的空间学习记忆和海马区突触可塑性无不良影响。