阿爾茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)是與 年齡相關的zhong樞神經系統退行性**,以進行性記 憶下降及認知損傷為特點[1]。由于人口老齡化,目前 世界范圍內AD患病人數已經達到4 400萬[2],給社 會帶來沉重負擔。AD的病因和發病機制復雜且并 不完全清楚,現在的zhi療yao物不能完全滿足臨床需 要,并且費用昂貴,還存在肝毒性、腹瀉、惡心嘔吐、 頭暈等不佳反應[3]。因此,研究療效更確切、副作用 更少的AD zhi療yao物非常緊迫。近年來,大量文獻研 究報道,AD與氧化應激聯系緊密,改善氧化應激可 以明顯改善AD[4-6]。bu腎填髓方是根據中醫學理論 “腎虛髓虧”,基于經典方劑孔圣枕中丹(《千金方》) 化裁而成,相關研究證實bu腎填髓方藥能有效延緩 癡呆早期患者大腦結構的萎縮,改善其認知及記憶 功能'但其作用機制并不十分明確。本研究擬以 AD模型大鼠為實驗對象,從線粒體的氧化應激角 度,探討bu腎填髓方抗AD的作用機制。
1材料與儀器
1.1實驗動物
90只健康雄性清潔級SD大鼠,體質量(180±20)g, 購自斯萊克景達實驗動物有限公司,許可證號:SYXK (湘)2010-0013;實驗動物來源證號:430047000,飼 養于湖南省人民醫院動物實驗室。所有動物飼養在 室溫22~25丈、濕度40%~60%條件下,以普通飼料 喂養,自由進食飲水。將大鼠觀察性飼養1周后進行 Y迷宮實驗初篩。
1.2實驗yao物、試劑及儀器設備
bu腎填髓方由石菖蒲10 g,遠志10 g,何首烏 15 g,yin羊藿15 g,龜板20 g,龍骨20 g組成。鹽酸 多奈哌齊片,衛材藥業有限公司,批號:1611013。 ApW2,Sigma 公司,批號:A4559。A^42-1,Sigma 公司,
批號:A2201(以無菌雙蒸水將ApM2及AP42-1配制成 濃度為2 pg/pL,置于37 t恒溫箱孵育7 d,保存于 4 °C 冰箱備用)。丙二醒(malondialdehyde,MDA)試劑 盒,南京建成,批號:A003-1。超氧化物歧化酶(su-peroxide dismufase, SOD)試劑盒 ,武 漢華美 ,批號 : P03037347。大鼠腦立體定位儀,美國K0PF(Model- 900)。Morris水迷宮,上海欣軟(XR-XM101)。Y迷宮上海欣軟(XR-XY1032),透射式電子顯微鏡,美國 FEI 公司(Tecnai G2 Spirit)。
2方法
2.1 AD大鼠模型的復制及干預
根據參考文獻[8]行Y型迷宮初篩,剔除先天愚 鈍的大鼠,隨后依據曠場實驗水平運動得分將大鼠 分為正常組、假手術組、模型組、西藥組、中藥組,每 組10只。參照Xi等[9]方法,復制AD模型。除正常組 夕卜,各組大鼠以10%水合氯醛(350 mg/kg)腹腔注射 麻醉后俯臥固定于腦立體定位儀,常規備皮**,頭 頂正中切開皮膚,找到大鼠前囟,結合《大鼠腦立體 定向儀圖譜》[10]及預實驗結果,在大鼠兩側側腦室(位 置:前囟后1 mm,矢狀縫向左、右側勞開1.5 mm, 深4.6 mm)用針頭鉆開顱骨,假手術組兩側側腦室 注入AP42-1 5 pL,其余實驗組緩慢注入ApM2 5 pL。 注入時間均為5 min,留針時間5 min,注射完畢后 縫合皮膚,局部紅霉素外涂防感染。
正常組不灌胃,其他組造模后隔天開始灌胃。根 據人與大鼠換算系數0.018,以大鼠體質量200 g,成 人體質量60 kg為參考,西藥組按0.33 mg/(kg’d)、中 藥組按生藥量8.1 g/(kg,d)的劑量灌胃,給予藥液 8 mL/(kg,d)。模型組和假手術組灌服等容量生理鹽 水,連續給藥4周。
造模成功標準[8]:造模結束后第15天,對大鼠再次進行Y型迷宮篩選,如15次測試中正確次數 比造模前下降1/3者為造模成功。共剔除死亡大鼠 5只,造模失敗3只,將存活的成功模型納人下一步 實驗,其中假手術組8只,模型組7只,中藥組9只, 西藥組8只,正常組10只,成模率80%,并遵循隨 機原則補齊每組動物為10只。
在各組大鼠28 d干預完成后,每天下午14:30 左右開始定位航行訓練,連續5 d。每天將大鼠面向 池壁分別從4個平均分布的標記點輕輕放人水中, 記錄1 min內其找到水下平臺所花費的時間(逃 避潛伏期,escape latency)。第6天移除隱藏的平 臺,從定位航行實驗的第1個人水點將大鼠放人水 池,記錄1 min內大鼠經過虛擬平臺的總次數,原平 臺象限的活動時間與距離占總游泳時間及總游程 的百分比[11]。
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ELISA、TBA法分別測定前額皮質組織勻漿及血 清中SOD、MDA活性
水迷宮測試結束后,大鼠用10%水合氯醛 (350 mg/kg)麻醉,腹主動脈采血后,斷頭取腦,碎冰上 迅速分離出大鼠前額皮質,預冷的生理鹽水洗凈血zi, 吸干水分后稱質量,制備成10%組織勻漿液,分別低 溫離心機3 500 r/min離心勻漿液及血液15 min,取 上清,按照SOD、MDA試劑盒說明書操作測定。
2.4電鏡觀察
大鼠麻醉處死后斷頭取腦,碎冰上分離大鼠海 馬,用2.5%戊二醛固定2 h以上,0.1 mmol/L磷酸 緩沖液清洗3次;1%鋨酸固定1~2h,0.1 mmol/L 磷酸緩沖液漂洗3次;常規50%、70%、90%、100% 丙酮脫水,經過浸泡、包埋、固化后超薄切片機切片, 檸檬酸鉛和醋酸鈾雙染,透射電鏡下放大20 000倍
觀察并拍照記錄。
2.5統計方法
用SPSS l7.0軟件進行統計分析,實驗數據均 用“x±s”表示,水迷宮逃避潛伏期采用重復測量方差 分析[12],其余各組間比較使用單因素方差分析,組間 兩兩比較使用LSD檢驗,P<0.05表示差異有統計學 意義。
3結果
3.1 水迷宮定位航行試驗
隨著訓練時間的延長,各組大鼠逃避潛伏期逐 漸縮短。與假手術組比較,模型組第3天開始出現逃 避潛伏期延長(P<0.01);與模型組比較,中藥組、西 藥組逃避潛伏期第3天開始縮短(P<0.01 )。與西藥組 相比,中藥組逃避潛伏期稍有延長,但差異無統計學 意義(P>0.05)。
3.2水迷宮空間探索試驗
與假手術組相比,模型組大鼠原平臺象限游泳時 間百分比及游泳距離百分降低,差異有統計學意義 〇P<0.01);與模型組相比,中藥組、西藥組游泳時間
及游泳距離的百分比升高(P<0.05或P<0.01);與西 藥組相比,中藥組原平臺象限游泳時間所占百分比 稍有降低,但兩者差異無統計學意義(P>0.05),中藥 組原平臺象限游泳距離所占百分比降低,兩者差異 有統計學意義(P<0.01)。
3.3bu腎填髓方對大鼠前額皮質組織及血清SOD、 MDA酶活性的影響
與假手術組比較,模型組SOD活性明顯下降,MDA 活性顯著升高(P<0.01);與模型組比較,中藥組、西 藥組SOD活性均升高,MDA活性均顯著下降(P<0.05或P<0.01);西藥組與中藥組SOD活性、MDA活性比 較差異無統計學意義(P>0.05)。見表3。
3.4bu腎填髓方對大鼠海馬線粒體的影響
電鏡結果顯示,正常組和假手術組線粒體形態 清楚完整,大小、形狀規則,分布均勻且數目多,外膜 平整光滑,線粒體膜間隙無明顯擴張,線粒體嵴排列 整齊呈板層狀,內膜和嵴內腔含有較多均勻的顆粒 狀基質,未見線粒體水腫及空泡化改變。
模型組部分線粒體形態欠完整,結構不清晰,體 積縮小,大小、形狀不規則,分布紊亂且數目減少,線 粒體外膜模糊,內嵴大量斷裂或溶解消失,線粒體腫 脹,基質疏松清淡,未見基質顆粒,出現空泡化改變。 中藥組、西藥組大鼠線粒體組織結構上較為完整清 晰,大小、形狀相對規則,數目較模型組增多,外膜可 見,尚光滑,內嵴增多,排列比較整齊,偶可見嵴內腔 稍有擴大,內嵴溶解減輕,部分線粒體腫脹明顯改 善,基質較均勻,可見少許基質顆粒。
4討論
AD是一種與年齡相關的神經系統退行性疾 病,P淀粉樣蛋白沉積成老年斑是AD病理標志,并 且被認為直接損害學習能力和記憶[13],其中Ap^能
夠自我組裝形成寡聚體和淀粉樣纖維而具有很強的 細胞毒性;A Pw作為它的反序列肽,缺乏了自我組 裝及構成毒性寡聚態的能力,不具有細胞毒性,故而 在許多研究中作為APi-2的對照肽[14]。條件恐懼、放 射狀迷宮、Morris水迷宮實驗、Y迷宮實驗等均是 AD行為學評價的常用方法[15-16]。AD患者后期多伴 有如幻想、焦慮、抑郁等精神癥狀,曠場實驗是評價 實驗動物在新異環境中自主行為、探究行為與緊張 度的一種方法,常用于評價實驗動物在新異環境中的 焦慮狀態。初期就選擇Y迷宮進行初篩,并配合曠 場實驗評分,既可避免Morris水迷宮初篩大鼠會遺 留對平臺記憶干擾后期Morris水迷宮測試結果,又 可排除大鼠情緒原因引起自主活動差異而影響*終 的測試結果。造模后大鼠Morris水迷宮實驗測定結 果顯示,模型組逃避潛伏期延長,在原平臺象限的游 泳時間和游泳距離百分比縮短,假手術組未見明顯 變化,表明模型大鼠學習記憶受損。
AD發病機制復雜,多種因素參與了它的發病過 程,其中氧化應激可能在其中占有重要的地位,大量 實驗研究及回顧性研究均提出AD發生fa展與氧化 應激密切相關[17-19]。盡管生理濃度的活性氧在體內 的一些信號通路中起著重要作用,但活性氧的過度 產生會引起脂質、蛋白、核酸等分子損傷。MDA是一 種重要的脂質過氧化產物,表明了機體受氧化損傷的程 度。活性氧的消除主要通過酶促及非酶促兩種途徑, SOD是體內重要抗氧化酶,可通過催化還原態單電 子氧轉化為過氧化氫從而qing除體內氧自由基,減輕 氧化損傷的程度,維持生物體細胞成分正常的結構 和功能[20]。通過抗氧化手段進行干預,或可延緩** 向AD終末的進展。本實驗結果顯示,模型組血清及 皮質抗氧化酶SOD活性均有下降,MDA活性均表 現升高趨勢;中藥組可以升高皮質及血清中的SOD 活性,降低MDA活性。表明bu腎填髓方可以增強機 體的抗氧化能力,拮抗過度產生的氧自由基,這與姜 招峰等?的研究有共通之處,其研究表明海馬及皮 層部位的氧自由基損傷與大鼠記憶及學習能力密切 相 關。
由于線粒體電子傳遞中不可避免的出現電子泄 露,成為了機體活性氧主要產生來源,90%內源性氧自 由基均由線粒體而來,線粒體自身亦可受到氧自由基的 破壞,加劇線粒體的損傷,從而形成惡性循環[22]。本 研究通過電鏡觀察線粒體超微結構,結果顯示模型 組線粒體形態不完整,結構破壞,體積變小,分布紊 亂且數目減少,出現空泡化改變,表明AD模型鼠線 粒體整體結構受損;大鼠灌服中藥bu腎填髓方能使 線粒體組織結構部分恢復,大小、形狀變得規則,數 目增多。表明bu腎填髓方對受損的AD大鼠線粒體 結構的破壞有改善作用。
AD屬于中醫學“癡呆”“呆證”的范疇,病性以 本虛標實為主,以髓海空虛為本,痰濁、瘀血阻絡為 標,而腎虛髓空是其根本原因。腎與腦之間有著密不 可分的聯系,“癡呆”的中醫藥zhi療多集中在bu腎填 髓。老年癡呆臨床辨證分型流行病調查也發現,髓海 不足證在所有證型中出現頻次zui高[23]。bu腎填髓方 基于經典方劑“孔圣枕中丹”(《千金方》)化裁而成, 以yin羊藿、何首烏為君藥,功效在于滋yin bu腎、強精 益血;臣藥龜板、龍骨強精益髓,增慧添智;佐以遠 志、石菖蒲開竅豁痰,醒神益智。縱觀全方yao物組成, 主要功效在于bu腎填髓,且兼顧了化痰開竅。現代藥 理研究表明:yin羊藿中的成分yin羊藿苷可以通過抗 氧化應激、kang炎、qing除自由基、抑制乙酰膽堿酯酶的 活性以及抑制AP聚集等途徑發揮對AD的改善作 用[24]。何首烏主要水溶性成分二苯乙烯苷可改善擬 癡呆大鼠的學習記憶能力,提高大鼠海馬組織CA1 區腦啡肽酶及低密度脂蛋白相關受體1表達,增強 對AP的降解和轉運[25]。遠志粗提物經D101大孔吸 附樹脂富集后,發現皂苷類成分和黃酮類成分或許能 通過抗氧化應激,改善小鼠的學習記憶功能m。石菖蒲 的主要有效成分P-細辛醚可以改善認知功能,其作用 機制包括了抑制炎癥因子IL-ip、TNF-a的分泌及下 調AQP4的表達來保護星形膠質細胞[27]。
本實驗顯示bu腎填髓方可以改善AD大鼠的學習 記憶能力,增強抗氧化應激能力,且能夠改善線粒體的 結構,其機制可能與改善線粒體相關的氧化應激有 關,更深人的機制研究還需下一步進行。