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《河北医科大学》 2007年
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抑制过氧化物酶体β-氧化对大鼠脑β-淀粉样蛋白生成的影响及机制

石如玲  
【摘要】: 阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease, AD)是一种以进行性记忆和认知功能减退为主要临床表现的神经系统退行性疾病。随着社会人口的老龄化,AD发病率逐年上升,日益成为一个严重的社会问题。 AD脑内的主要病理改变为神经细胞外老年斑、神经细胞内神经原纤维缠结及大量的神经元丢失。β-淀粉样蛋白(β-amyloid,Aβ)是各种原因诱发AD的关键因子,在启动AD的病理级联反应中处于中心地位。Aβ由β-淀粉样前体蛋白(β-amyloid precursor protein,APP)裂解产生。APP有两种裂解途径,一种是β-分泌酶途径,APP依次经β-和γ-分泌酶作用产生Aβ;另一种是α-分泌酶途径,α-分泌酶在Aβ序列内裂解APP,阻止Aβ的生成,这是正常情况下APP的主要代谢方式。APP的过度产生和异常裂解是导致Aβ生成增多的重要机制。Aβ产生过多,形成的Aβ寡聚体可抑制突触功能,通过炎症级联反应最终导致AD特征性病理改变及脑功能障碍。因此,探究何种原因可引发Aβ生成增多,对防治AD有着十分重要的意义。 体内脂肪酸主要通过线粒体和过氧化物酶体中β-氧化途径分解。中长链直链脂肪酸主要在线粒体分解,极长链直链脂肪酸和支链脂肪酸主要在过氧化物酶体分解。近年研究显示,高脂、高饱和脂肪酸饮食是AD发生的重要危险因素。AD患者脑中的脂肪酸含量也较同龄人多。过氧化物酶体β-氧化酶缺陷的病人,体内极长链脂肪酸增多;与AD类似,这类病人都存在认知功能障碍。提示,过氧化物酶体脂肪酸β-氧化活性降低,极长链脂肪酸增加,可能与AD的发生有关。过氧化物酶体脂肪酸β-氧化的活性降低对AD发生的关键因子Aβ的生成有何影响?目前国内外尚未见报道。 为此,本课题首先以成年大鼠为研究对象,用过氧化物酶β-氧化抑制剂甲硫哒嗪,选择性地抑制过氧化物酶体脂肪酸β-氧化活性,观察过氧化物酶体β-氧化活性降低对大鼠学习记忆及大脑Aβ生成的影响;然后,以原代培养的大鼠皮质神经元为研究对象,进一步确证过氧化物酶体脂肪酸β-氧化活性降低对Aβ生成途径的影响;最后,观察极长链脂肪酸对原代培养的大鼠皮质神经元Aβ生成途径的影响。本课题从不同层面探讨过氧化物酶体脂肪酸β-氧化活性降低与Aβ生成的关系,为进一步阐明Aβ生成的分子机制以及寻找AD的治疗靶点提供实验依据。本课题共分三个部分。 第一部分抑制过氧化物酶体β-氧化对大鼠学习记忆及Aβ生成的影响 目的:用甲硫哒嗪抑制过氧化物酶体β-氧化活性后,观察大鼠学习记忆能力、脑Aβ生成量、APP表达水平、β-分泌酶BACE1和α-分泌酶ADAM10 mRNA水平的变化,探讨脑过氧化物酶体脂肪酸β-氧化与AD发生的关系。 方法:雄性SD大鼠随机分为对照组(Con组)和甲硫哒嗪组(TZ组),每组10只。TZ组按治疗剂量(10 mg·kg-1)每天腹腔注射甲硫哒嗪(生理盐水溶解),Con组注射以等量的生理盐水,共2 wk。Morris水迷宫测试大鼠空间学习记忆能力;每组各取3只大鼠心脏灌流固定后取脑皮质及海马作HE染色及APP免疫组化染色;其余大鼠颈动脉放血处死,血清用于血甘油三酯(TG)测定、总胆固醇(TC)测定、脂肪酸提取;大脑组织用于总RNA提取、Aβ测定、脂肪酸提取。 结果: 1血清十六烷酸(C_(16:0))、二十烷酸(C_(20:0))、二十二烷酸(C22:0)、二十四烷酸(C24:0)、二十六烷酸(C26:0)含量(用气相色谱测定) 本实验条件下,未检测到血清中的C26:0。Con组血清C_(16:0)、C_(20:0)、C22:0、C24:0分别为血清总脂肪酸的(22.776±2.541)%、(0.410±0.025)%、(0.266±0.032)%、(0.252±0.036)%;TZ组血清C_(16:0)、C_(20:0)、C22:0、C24:0分别为血清总脂肪酸的(26.805±4.502)%、(0.437±0.035)%、(0.293±0.077)%、(0.420±0.134)%。其中TZ组C24:0含量较Con组高(P0.05),表明甲硫哒嗪抑制了机体的过氧化物酶体β-氧化,引起血中极长链脂肪酸增加。 2脑组织十六烷酸(C_(16:0))、二十烷酸(C_(20:0))、二十二烷酸(C22:0)、二十四烷酸(C24:0)、二十六烷酸(C26:0)水平(用气相色谱测定) Con组脑组织C_(16:0)、C_(20:0)、C_(22:0)、C_(24:0)、C_(26:0)分别为脑总脂肪酸的(20.034±1.534)%、(0.500±0.082)%、(0.386±0.105)%、(0.530±0.154)%、和(0.078±0.019)%;TZ组脑组织C_(16:0)、C_(20:0)、C_(22:0)、C_(24:0)、C_(26:0)分别为脑总脂肪酸的(20.164±1.100)%、(0.496±0.083)%、(0.362±0.106)%、(0.498±0.222)%、(0.122±0.034)%。其中TZ组脑组织C26:0含量较Con组高(P0.05),表明甲硫哒嗪抑制了脑组织过氧化物酶体β-氧化活性,引起脑组织极长链脂肪酸增加。 3大鼠学习记忆能力(用Morris水迷宫测定)。 TZ组平均逃避潜伏期(23.5±11.7)s较Con组(12.3±5.8)s长(P0.05),表明过氧化物酶体β-氧化活性降低后,大鼠空间学习记忆能力下降。 4脑组织Aβ含量的变化(用放射性免疫分析法测定) TZ组脑组织Aβ含量(15.773±3.161)ng/g是Con组(11.833±0.593)ng/g的1.3倍(P0.05),表明过氧化物酶体β-氧化活性降低时脑Aβ水平升高。 5脑组织形态学(HE染色) TZ组和Con组脑皮质和海马区神经细胞的形态和分布未见区别。表明甲硫哒嗪并未引起脑组织形态学损伤。 6大鼠脑皮质和海马区APP水平(免疫组织化学分析法) TZ组脑皮质和海马各区APP着色阳性细胞数量、着色强度高于Con组,图像分析显示,TZ组脑皮质和海马区平均光密度(0.300±0.008,0.245±0.021)高于Con组(0.247±0.006,0.215±0.012)(P0.01,P0.05)表明过氧化物酶体β-氧化活性降低后,脑APP表达升高。 7脑组织APP695、APP751+770 mRNA水平(用RT-PCR法测定) Con组(0.172±0.044)和TZ组(0.197±0.030)APP695 mRNA水平的差异无统计学意义(P0.05);APP751+770 mRNA水平TZ组(0.096±0.034)是Con组(0.039±0.020)的2.5倍(P0.05);表明过氧化物酶体β-氧化活性降低后,APP751+770转录水平表达增多。 8α-分泌酶ADAM10和β-分泌酶BACE1 mRNA水平(用RT-PCR法测定) ADAM10 mRNA水平在TZ组(0.108±0.039)与Con组(0.093±0.029)之间差异无统计学意义(P0.05);而BACE1 mRNA水平TZ组(0.106±0.033)较Con组(0.04±0.017)高(P0.05)。表明抑制过氧化物酶体β-氧化活性后,APP的β-分泌酶裂解途径上调,但对α-分泌酶裂解途径无明显影响。 9血清TG、TC水平(用试剂盒酶法测定) TZ组血清TG(0.519±0.169)mmol/L与Con组(0.476±0.052)mmol/L比较差异无统计学意义(P0.05)。TZ组血清TC(1.151±0.216)mmol/L较Con组(0.907±0.074)mmol/L高(P0.05)。表明抑制过氧化物酶体β-氧化代谢影响脂质代谢,引起胆固醇水平升高。 小结: 1过氧化物酶体脂肪酸β-氧化活性下降,极长链脂肪酸升高时,APP和BACE1表达上调,Aβ生成增加。 2过氧化物酶体β-氧化活性下降引起大脑认知功能降低与Aβ水平升高有关。 第二部分抑制过氧化物酶体β-氧化对原代培养的大鼠皮质神经元APP代谢途径的影响 目的:观察神经元过氧化物酶体β-氧化活性降低时APP、BACE1表达的变化,以进一步确证神经元过氧化物酶体β-氧化活性与Aβ生成途径的关系。 方法:将原代培养的大鼠皮质神经元随机分为对照组(Con组)和甲硫哒嗪组(TZ组)。TZ组用0.2μmol/L的甲硫哒嗪(过氧化物酶体β-氧化抑制剂)作用24 h,倒置显微镜下观察神经元的形态变化,RT-PCR测定APP、BACE1、ADAM10 mRNA水平,Western blotting检测APP、BACE1蛋白水平。 结果: 1神经元形态变化 TZ组和Con组神经元形态未见明显差异,表明本实验条件下用甲硫哒嗪抑制过氧化物酶体β-氧化未造成神经元形态学损伤。 2 APP mRNA水平 APP695 mRNA水平TZ组(1.085±0.139)和Con组(0.947±0.287)比较差异无统计学意义(P0.05);APP770+751 mRNA水平TZ组(0.857±0.081)较Con组(0.651±0.158)高(P0.05)。表明抑制过氧化物酶体β-氧化后主要引起了神经元APP770+751 mRNA升高,对APP695 mRNA无明显影响。 3 APP蛋白水平 APP蛋白量TZ组(9.75±2.75)较Con组(5.33±0.57)高(P0.05)。表明抑制过氧化物酶体β-氧化后神经元APP蛋白表达增加。 4 BACE1 mRNA水平 TZ组(0.708±0.155)BACE1 mRNA水平较Con组(0.537±0.091)高(P0.05)。表明抑制过氧化物酶体β-氧化后神经元BACE1 mRNA水平表达增加。 5 BACE1蛋白水平 BACE1蛋白量TZ组(19.0±2.94)较Con组(9.20±2.16)高(P0.01)。表明抑制过氧化物酶体β-氧化后神经元BACE1蛋白表达增加,APP的β-分泌酶裂解途径上调。 6 ADAM10 mRNA水平 TZ组(0.720±0.162)ADAM10 mRNA的水平和Con组(0.600±0.081)比较差异无统计学意义(P0.05)。表明抑制过氧化物酶体β-氧化对APPα-分泌酶裂解途径无明显影响。 小结: 抑制过氧化物酶体脂肪酸β-氧化活性后,皮质神经元的APP和BACE1的mRNA及蛋白升高,进一步表明整体水平抑制过氧化物酶体脂肪酸β-氧化所引起的脑Aβ水平的升高与皮质神经元APP和BACE1表达升高有关。 第三部分极长链脂肪酸对原代培养的大鼠皮质神经元APP代谢途径的影响 目的:观察极长链脂肪酸对APP、BACE1、ADAM10表达的影响,探讨极长链脂肪酸在过氧化物酶体β-氧化活性降低引起Aβ升高过程中的作用。 方法:将原代培养的神经元随机分为3组:对照组(Con组)、二十烷酸组(EA组)和EA+Wy14,643组(EA+Wy组)。EA组用40μmol/L EA与细胞作用24 h以增加细胞内极长链脂肪酸浓度;EA+Wy组用40μmol/L EA和10μmol/L Wy14,643同时作用24 h,用PPARα的配体Wy14,643激活PPARα,增加细胞过氧化物酶体β-氧化活性从而促进细胞对二十烷酸的分解,降低细胞内二十烷酸的含量。倒置显微镜下观察神经元的形态变化,RT-PCR测定ACOX1、DBP、APP、BACE1、ADAM10 mRNA水平,Western blotting检测APP、BACE1蛋白水平。 结果: 1神经元的形态变化 EA组、EA+Wy组神经元细胞形态与Con组相比,无明显差异。表明所给药物未造成神经元形态学损伤。 2极长链脂肪酸对神经元APP、BACE1、ADAM10表达的影响 ①极长链脂肪酸对APP表达的影响 APP695 mRNA水平EA组(1.401±0.135)与Con组(1.242±0.099)之间差异无统计学意义(P0.05);但APP751+770 mRNA和APP蛋白水平EA组(1.217±0.162,46.7±22.1)较Con组(0.942±0.094,12.0±2.0)高(P0.05)。表明极长链脂肪酸可引起神经元内Aβ前体蛋白APP表达增加。 ②极长链脂肪酸对BACE1表达的影响 BACE1 mRNA EA组(0.852±0.161)与Con组(0.766±0.129)之间差异无统计学意义(P0.05);但BACE1蛋白水平EA组(51.00±14.79)较Con组(27.67±6.35)高(P0.05)。表明极长链脂肪酸虽对神经元内Aβ生成关键酶BACE1 mRNA水平无影响,但使其蛋白水平增加。 ③极长链脂肪酸对ADAM10 mRNA水平的影响 ADAM10 mRNA水平在EA组(1.291±0.158)与Con组(1.040±0.099)之间差异无统计学意义(P0.05)。表明极长链脂肪酸对神经元内APP的α-分泌酶无明显影响。 3激活PPARα增加脂肪酸β-氧化活性对神经元ACOX1、DBP、APP、BACE1、ADAM10表达的影响 ①激活PPARα对神经元内ACOX1、DBP mRNA水平的影响ACOX1和DBP mRNA水平EA+Wy组(3.350±0.322,1.255±0.021)均较EA组(1.835±0.420,1.047±0.124)高(P0.05),表明激活PPARα使过氧化物酶体β-氧化活性加强。 ②激活PPARα增加脂肪酸β-氧化活性对APP表达的影响 APP695、APP751+770 mRNA水平在EA+Wy组(1.203±0.152,1.335±0.032)与EA组(1.401±0.135,1.217±0.162)之间差异无统计学意义(P0.05);但APP蛋白水平EA+Wy组(20.3±7.5)较EA组(46.7±22.1)有降低趋势(P=0.12)。表明激活PPARα促进脂肪酸β-氧化虽未对APP mRNA产生明显影响,但使APP蛋白有降低趋势。 ③激活PPARα增加脂肪酸β-氧化活性对BACE1表达的影响BACE1 mRNA水平在EA+Wy组(0.756±0.037)与EA组(0.852±0.161)之间差异无统计学意义(P0.05);但BACE1蛋白水平EA+Wy组(25.33±6.35)较EA组(51.00±14.79)低(P0.05)。表明激活PPARα促进脂肪酸β-氧化可降低BACE1的表达。 ④激活PPARα增加脂肪酸β-氧化活性对ADAM10mRNA水平的影响ADAM10 mRNA水平在EA+Wy组(1.141±0.083)与EA组(1.291±0.158)之间差异无统计学意义(P0.05)。表明激活PPARα促进脂肪酸β-氧化对APP的α-分泌酶裂解途径无明显影响。 小结: 1极长链脂肪酸使皮质神经元Aβ生成途径中APP、BACE1表达升高。 2激活PPARα促进脂肪酸的分解,可降低皮质神经元APP、BACE1的表达。 结论 1过氧化物酶体脂肪酸β-氧化活性下降时,极长链脂肪酸增加,通过上调神经元APP及β-分泌酶的表达,增加Aβ的生成。 2过氧化物酶体β-氧化活性下降引起大脑认知功能降低与Aβ水平升高有关;过氧化物酶体脂肪酸β-氧化活性降低,有可能是AD发病的原因之一。
【学位授予单位】:河北医科大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:R749.16

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10 赵长安;铝致阿尔茨海默病大鼠的效应及补肾填精方的防治机制[D];河北医科大学;2002年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 吴石星;黄精多糖对AD大鼠学习记忆能力和海马细胞凋亡的影响[D];中南大学;2009年
2 朱嘉琦;五味子酮对β淀粉样蛋白损伤神经元的保护作用研究[D];第二军医大学;2005年
3 王亮亮;盐酸多奈哌齐对AD模型大鼠海马BDNF表达的影响[D];中国医科大学;2009年
4 王志华;高胆固醇饮食诱发去卵巢兔AD样病理学变化及植物雌激素的保护作用[D];山西医科大学;2005年
5 郑隽;侧脑室注射CuCl_2诱导大鼠AD样记忆力减退和海马Aβ沉积[D];重庆医科大学;2007年
6 黄雪媚;β-淀粉样蛋白的表达、纯化及其诱导抗体的功能研究[D];吉林大学;2008年
7 宋翠翠;人β-淀粉样蛋白的原核表达、纯化及鉴定[D];江南大学;2008年
8 陈倢;六味地黄丸对快速老化小鼠学习记忆和细胞因子影响的初步研究[D];广州中医药大学;2006年
9 黄翔;Aβ_(25-35)诱导大鼠记忆力障碍与海马COX活性及线粒体超微结构的变化[D];武汉大学;2005年
10 齐立;AD大鼠神经细胞的凋亡及中药的保护作用[D];吉林大学;2006年
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