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前言 随着世界人口老龄化的到来,老年人口的健康问题也愈来愈受到人们的关注,而阿尔茨海默病(Alzheimersdisease,AD)作为一种严重影响老年人健康的疾病已经引起医学界的高度重视。流行病学调查显示,我国65岁以上的老年人痴呆患病率为7.8%,其中AD的患病率为4.8%,且随年龄增加而不断增加,因此我国治疗AD的形势也渐为严峻。 AD是一种常见的以进行性认知障碍和记忆力损害为主的中枢神经系统退行性疾病,严重时可出现行为异常和社交障碍。患者在疾病早期就出现认知功能减退,首发征象主要为学习记忆障碍。研究证明海马与学习记忆能力特别是空间认知功能联系紧密,其中海马CA1区被认为与空间辨别性学习记忆活动的关系尤为密切且最易发生老化。AD患者认知功能障碍等临床症状的病理基础,主要包括广泛的胆碱能神经元丢失导致的脑组织萎缩;新皮层和海马的神经元中的神经纤维缠结(Neurofibrillarytangles,NFT);脑内大量β-淀粉样蛋白(β-amyloidprotein,Aβ)的沉积形成的老年斑(Seniorplaques,SP)。此外还伴随着突触异常星形细胞增生样反应,神经元内呈现颗粒空泡变性等。 AD患者胆碱能系统损伤一般早于其他病理改变,作为AD病理特征之一的神经元丢失也主要发生在胆碱能神经元。研究发现,AD患者脑内NFT和SP的形成与选择性胆碱能神经元的缺失联系密切。因此胆碱能系统的损伤可能是AD患者认知功能障碍的根源。胆碱能系统主要包括乙酰胆碱转移酶(Cholineacetyltransferase,ChAT)、乙酰胆碱酯酶(Acetylcholineesterase,AchE)和乙酰胆碱(Acetylcholine,Ach)及胆碱能神经元及多种受体等。中枢胆碱能系统是学习记忆功能的结构基础,海马胆碱能神经元能够通过释放Ach,在学习记忆过程中具有重要作用。在此过程中,ChAT和AchE是调节脑内Ach含量的两个关键酶,其活性变化可间接反映脑内Ach的代谢情况。有实验表明,海马CA1区胆碱能神经元的减少或损伤都能够引起认知功能障碍,因此,保护海马胆碱能系统的功能可改善认知功能障碍,有效延缓AD的发生发展。 研究证明,姜黄素、大蒜素、大豆异黄酮等植物化学物对于AD认知功能障碍都具有一定的疗效并且具有易吸收副作用小等优点。莱菔硫烷(Sulforaphane,SFN)是十字花科植物中含有的一种异硫氰酸盐(Isothiocyanates,ITCs)。SFN具有多种生物学效应,包括诱导Ⅱ相解毒酶,抑制Ⅰ相代谢酶及DNA加合物的形成等。大量研究表明SFN对于一些非AD疾病的神经行为损伤有一定的修复作用,并可抑制海马神经元的凋亡。SFN还可明显改善经脑内单次侧脑室注射Aβ的AD模型小鼠认知功能,然而其体外实验结果并未发现SFN对Aβ聚集有抑制作用,关于SFN对AD的干预作用及其机制尚有待证实和探讨。因此,本研究通过检测铝和D-半乳糖(D-galactose,D-gal)联合染毒的AD模型小鼠神经行为学和海马CA1区形态学指标,以及海马胆碱能系统相关酶活性,探讨SFN是否通过保护海马胆碱能系统而改善AD模型小鼠的认知功能,为防治AD提供理论依据。 材料与方法 一、动物分组、处理及样品采集 健康成年C57BL/6小鼠,6-8周龄,体重范围:18-22g。按体重随机分为对照组、模型组和干预组。每组20只,雌雄各半。模型组和干预组小鼠给予含铝水(0.4g/100ml)并隔日颈背部皮下注射200mg/kgD-gal,干预组小鼠每日一次灌胃给予25mg/kgSFN,模型组小鼠每日一次灌胃等量蒸馏水,同时设立溶媒对照组。连续处理90d,实验期间小鼠自由摄食及饮水,持续90d。各组小鼠经神经行为学测试后,每组取8只小鼠乙醚麻醉后固定,用于尼氏染色与免疫组化。每组另2只小鼠处死后迅速剥离海马组织,用于电镜标本的制作观察。另取每组10只小鼠处死,冰上剥离海马用于检测Ach含量、AchE及ChAT活性。 二、检测指标及方法 (一)神经行为学检测 采用Morris水迷宫判断小鼠学习记忆能力,以旷场试验观察小鼠适应新环境的空间认知与自主探索能力。 (二)形态学指标检测 采用尼氏染色法计数各组小鼠海马CA1区神经细胞的数量、采用免疫组化染色法检测各组小鼠海马CA1区ChAT阳性细胞数(ChAT是胆碱能神经元的标志酶),以及透射电镜下观察海马CA1区亚细胞结构的变化。 (三)生化指标检测 应用分光光度法按试剂盒说明对各组小鼠海马Ach含量及AchE、ChAT活性进行测定。 三、统计分析 实验数据用SPSS13.0统计软件进行分析,实验数据均以(X)+S表示。所有数据均符合正态分布故采用单因素方差分析,组间两两比较采用LSD法检验,检验水准:α=0.05。 结果 一、神经行为学变化 (一)水迷宫实验 与对照组相比,模型组小鼠于第1~4d逃避潜伏期延长,穿越平台所在位置的次数减少,差异均有统计学意义(P<0.05);与模型组相比,干预组小鼠逃避潜伏期缩短,穿越平台所在位置的次数增多,除第1d外,差异均有统计学意义(P<0.05)。 (二)旷场试验 与对照组相比,模型组小鼠跨格次数减少,中央格停留时间延长,差异均有统计学意义(P<0.05);直立次数减少,但差异无统计学意义(P>0.05);与模型组相比,干预组小鼠跨格次数增加,差异有统计学意义(P<0.05),中央格停留时间有减少的趋势,直立次数有所增加,但差异均无统计学意义(P>0.05)。 二、形态学指标观察结果 (一)尼氏染色 与对照组相比,模型组小鼠海马CA1区平均每个视野的神经细胞数减少,差异有统计学意义(P<0.05),与模型组相比,干预组小鼠海马CA1区平均每个视野的神经细胞数量增多,差异有统计学意义(P<0.05)。 (二)免疫组化 与对照组相比,模型组小鼠海马CA1区ChAT阳性细胞数减少,差异有统计学意义(P<0.05);与模型组相比,干预组小鼠海马CA1区ChAT阳性细胞数增多,差异有统计学意义(P<0.05)。 (三)电镜观察 对照组小鼠海马CA1区细胞结构完整,细胞核膜光滑,线粒体结构正常,形态呈圆形或椭圆形,突触结构清晰完整。模型组小鼠海马CA1区细胞结构有所损伤,细胞核形态不规则,线粒体出现空泡状异常,突触结构受损,突触间隙模糊。干预组小鼠海马CA1区细胞结构较为完整,细胞核形态较为正常,线粒体结构未见明显异常,突触结构较为完整,突触间隙基本正常。 三、生化指标测定结果 与对照组相比,模型组小鼠海马Ach含量降低;与模型组相比,干预组小鼠海马Ach含量升高,但各组之间的差异均无统计学意义(P>0.05)。 模型组AchE活性与对照组和干预组相比有上升趋势,ChAT活性对照组、模型组、干预组依次呈下降趋势,但各组之间的差异均无统计学意义(P>0.05) 结论 1、SFN对AD模型小鼠的认知功能障碍具有改善作用。 2、SFN能够减轻AD模型小鼠海马CA1区神经细胞损伤及其丢失。 3、SFN可减少AD模型小鼠海马CA1区胆碱能神经元丢失,各组小鼠海马Ach含量及AChE、ChAT活性均未见统计学差异。