老年小鼠中认知功能、抑郁和焦虑样行为改变以及基因表达差异

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研究背景:随着社会经济的飞速发展,人类预期寿命不断增加,但是与衰老相关的疾病困扰着绝大多数老年患者,例如阿尔兹海默病和痴呆症,这已经成为世界上最重要的公共卫生问题和巨大挑战。实际上,由于细胞稳态和生物途径的退行性改变,衰老过程可能涉及一系列行为和心理功能障碍[1](例如抑郁、焦虑和异常疼痛反应)。动物模型是研究衰老行为和病理变化的关键工具,衰老过程中动物行为异常是重要的动物模型参数,有助于我们了解与年龄相关的疾病的病理机制及其治疗方法。实验表明,前扣带回皮层(Anterior cingulate cortex,ACC)和杏仁核在认知功能障碍和抑郁焦虑样行为中起关键作用。海马作为大脑边缘系统的一部分,与短期记忆、长期记忆和空间定位功能密切相关。因此,探索衰老过程中前扣带回、杏仁核和海马中基因表达的变化可能为年龄相关症状提供新的分子靶标。研究目的:本研究主要探讨不同年龄小鼠中认知功能、抑郁和焦虑样行为以及疼痛相关行为的改变,并研究其基因表达改变,为进一步研究年龄相关的异常行为研究提供分子靶点。研究方法:1.检测不同年龄小鼠的认知功能、抑郁和焦虑样行为和疼痛相关行为首先,采用新物体识别实验和Y迷宫自发交替实验分别检测2月龄、12月龄和24月龄小鼠的识别记忆和工作记忆。随后对2月龄小鼠和12月龄小鼠进行了 Morris水迷宫检测,通过强迫游泳实验和悬尾实验研究三组不同年龄小鼠的抑郁样行为。通过旷场实验和高架十字迷宫实验来评价老年小鼠的焦虑样行为。最后使用Von Frey丝和热板法分别检测小鼠的机械痛和热痛。2.分析各部位的差异表达基因并通过RT-PCR实验验证RNA测序结果分别从2月龄、12月龄和24月龄小鼠的前扣带回、杏仁核和海马组织中提取RNA,进行RNA测序分析。通过对比2月龄小鼠中基因表达水平,筛选出12月龄和24月龄小鼠中各部位的差异表达基因(differentially expressed gene,DEG)(| Foldchange |>1,P<0.05)。然后从ACC、海马和杏仁核中挑选出4个变化较为显著的差异表达基因(Defb1,Ostn,Igfbpl1和Klk6)进行RT-PCR试验,对比其与RNA测序结果是否一致。3.采用生物信息学分析对筛选出的DEG进行分析首先分别对12月龄和24月龄小鼠中ACC和杏仁核部位的DEG和抑郁焦虑相关基因进行Venn分析,然后分别对12月龄和24月龄小鼠海马部位的DEG和认知功能障碍相关基因进行Venn分析。随后通过GO富集分析、KEGG通路分析、PPI分析研究DEG主要参与的分子功能、细胞途径以及KEGG通路及DEG间的相互作用。研究结果:1.不同年龄小鼠认知功能、抑郁、焦虑样行为和疼痛相关行为改变首先我们进行的是不同年龄小鼠认知功能相关行为的检测,新物体识别实验、Y迷宫自发交替实验和Morris水迷宫实验表明对比2月龄小时,12月龄小鼠和24月龄小鼠的识别记忆、工作记忆和空间记忆都出现了不同程度的损伤。在强迫游泳实验和悬尾实验中,老年小鼠不动时间显著延长,这表明老年小鼠出现了抑郁样行为。旷场实验和高架十字迷宫实验都表明老年小鼠出现了明显焦虑样行为。最后进行的疼痛相关行为检测结果表明,不论是机械痛阈还是热痛阈,对比2月龄小鼠,12月和24月龄小鼠都未表现出明显差异。2.筛选出各部位差异表达基因并通过RT-PCR验证测序结果在12月龄和24月龄小鼠的ACC、海马和杏仁核中分别筛选出大量的DEG,并且RT-PCR实验和RNA测序分析结果一致。3.采用生物信息学分析对筛选出的差异表达基因进行分析通过Venn分析,我们在12月龄和24月龄小鼠的ACC和杏仁核中都发现了一定数量与抑郁或焦虑相关的DEG,在海马中也发现与认知功能障碍相关的DEG。GO富集分析表明不同年龄小鼠中,参与细胞增殖分化和免疫反应的DEG数量出现明显改变。随后的Venn分析表明差异在不同部位都存在与炎症和凋亡相关的基因,并且随年龄增长,DEG的数量出现增长。KEGG分析也表明,炎症和凋亡相关的DEG参与了绝大多数的通路,PPI互作分析表明炎症和凋亡相关基因起着至关重要的作用。研究结论:1.小鼠中存在年龄相关的认知功能、抑郁和焦虑样行为改变,但是未发生疼痛相关行为的改变。2.RNA测序分析表明在衰老小鼠中存在大量炎症和凋亡相关基因表达改变,提示炎症和凋亡可能在衰老引起的行为改变中发挥重要作用。
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