姜黄素对APP/PS1双转基因小鼠脑能量代谢的影响

【摘要】：目的 阿尔茨海默病(Alzheimer's disease,AD),又称老年性痴呆,是最常见的痴呆类型,年龄增长和痴呆家族史是AD发病的两大危险因素。AD临床表现为隐匿起病和进行性、不可逆性记忆及其他认知功能损害和行为改变,最终导致痴呆和死亡。AD脑主要的病理特征是广泛的突触和神经元丢失,细胞外形成老年斑(senile plaques, SPs)和神经元内神经原纤维缠结(neurofibrillary tangles,NFTs)。 AD病因发病机制不清,存在很多假说,以往AD的研究主要以淀粉样蛋白级联假说为基础,近些年能量代谢障碍与AD发病的关系受到研究者的广泛关注,已成为研究热点之一。AD患者在临床症状出现前就可检测到脑葡萄糖代谢异常,研究表明AD的发病机制与能量代谢障碍、胰岛素相关信号转导通路异常等存在密切关系。 本实验通过观察中药提取物姜黄素对APP/PS1双转基因小鼠学习记忆和记忆保持能力,脑葡萄糖代谢,以及海马葡萄糖转运子1 (glucose transporter 1, GLUT1)、葡萄糖转运子3 (glucose transporter 3, GLUT3)和胰岛素受体底物2(insulin receptor substrate 2, IRS2)表达的影响,旨在从脑能量代谢的角度探讨姜黄素神经保护作用的机制,为研发早期预防和治疗AD的新药以及评价药物疗效提供科学实验依据。 材料和方法 1、将APP/PS1双转基因小鼠随机分为模型组、罗格列酮组(10mg/kg-d)、姜黄素大剂量组(400mg/kg-d)、姜黄素中剂量组(200mg/kg-d)、姜黄素小剂量组(100mg/kg-d),每组12只,给予灌胃治疗,每日1次,连续治疗3个月。正常对照组为同月龄同遗传背景的C57/BL6J小鼠12只。模型组和正常对照组给予等体积0.5%羧甲基纤维素钠(carboxymethyl cellulose,CMC)灌胃。 2.采用Morris水迷宫检测小鼠空间学习记忆和记忆保持能力,评价姜黄素对APP/PS1双转基因小鼠认知功能的影响。 3.应用功能性影像学microPET技术检测小鼠脑葡萄糖代谢状况,观察姜黄素对APP/PS1双转基因小鼠脑葡萄糖代谢的影响。 4.运用免疫组织化学和Western blot方法,检测小鼠海马GLUT1、GLUT3和IRS2的表达和分布,评价姜黄素对APP/PS1双转基因小鼠能量代谢相关蛋白表达的影响。 5.统计学分析数据以均数±标准差表示。组间差异采用one-way ANOVA统计。将P0.05作为有统计学差异。 实验结果 1.差黄素对APP/PS1双转基因小鼠学习记忆能力和记忆保持能力的影响 在Morris水迷宫撤台实验中,与正常对照组相比模型组小鼠的穿越平台次数明显减少和目标象限停留时间明显缩短(P0.01)；与模型组相比,姜黄素中剂量组小鼠穿越平台次数明显增加(P0.01),罗格列酮组和姜黄素大剂量组穿越平台次数增加(P0.05)；姜黄素大剂量组和姜黄素小剂量组与罗格列酮组相比穿越平台次数减少(P0.05)；与模型组相比,罗格列酮组和姜黄素中剂量组小鼠目标象限停留时间均延长(P0.05)；姜黄素小剂量组与罗格列酮组相叱目标象限停留时间缩短(P0.05)。正常对照组小鼠游泳轨迹为趋向式；模型组为边缘式；各治疗组小鼠游泳轨迹呈随机式,其中罗格列酮组和姜黄素中剂量组在目标象限停留时间较长。 2.microPET观察姜黄素对APP/PS1双转基因小鼠脑葡萄糖代谢的影响 microPET影像显示姜黄素中剂量治疗组和正常对照组18F-FDG平均活性高于模型组。 模型组18F-FDG每克脑组织摄取率平均值低于姜黄素中剂量治疗组和正常对照组。 3.姜黄素对APP/PS1双转基因小鼠海马GLUT1表达的影响 免疫组织化学染色结果：模型组小鼠海马CA1区GLUT1阳性细胞较正常对照组明显减少(P0.01)；与模型组相比罗格列酮组海马CA1区GLUT1阳性细胞明显增加(P0.01),姜黄素大、中剂量组小鼠海马CA1区GLUT1阳性细胞增加(P0.05)。虽然姜黄素大剂量组GLUT1阳性细胞计数比模型组增高,但与罗格列酮对照组相比仍有差异(P0.05)；而姜黄素中剂量与罗格列酮组相比阳性细胞差异无统计学意义。各组小鼠海马CA1区GLUT1阳性细胞平均灰度值比较结果与阳性细胞计数结果基本一致。 Western blot结果：与免疫组织化学实验结果基本一致。 4.姜黄素对APP/PS1双转基因小鼠海马GLUT3表达的影响 免疫组织化学染色结果：与正常对照组相比,模型组小鼠海马GLUT3阳性细胞计数明显减少(P0.01)。与模型组相比罗格列酮组和姜黄素中剂量组GLUT3阳性细胞计数明显增加(P0.01)；姜黄素大剂量组GLUT3阳性细胞计数增加(P0.05)。与罗格列酮组相比,姜黄素大剂量组和小剂量组GLUT3阳性细胞计数减少(P0.05)；而姜黄素中剂量组无统计学差异。各组小鼠海马CA1区GLUT3阳性细胞平均灰度值比较结果与阳性细胞计数结果基本一致。 Western blot结果：与免疫组织化学结果基本一致。 5.姜黄素对APP/PS1双转基因小鼠海马IRS2表达的影响 免疫组织化学染色结果：与正常对照组相比,模型组和姜黄素小剂量组小鼠海马CA1区IRS2阳性细胞计数明显减少(P0.01)；姜黄素大、中剂量组IRS2阳性细胞计数减少(P0.05)。与模型组相比,罗格列酮组和姜黄素中剂量组IRS2阳性细胞计数增加(P0.05)。与罗格列酮组相比,姜黄素大剂量组IRS2阳性细胞计数减少(P0.05),小剂量组IRS2阳性细胞计数明显减少(P0.01),而姜黄素中剂量组无统计学差异。各组小鼠海马CA1区IRS2阳性细胞平均灰度值比较结果与上述结果基本一致。 结论 姜黄素可改善APP/PS1双转基因小鼠的空间学习记忆和记忆保持能力,影响脑葡萄糖代谢以及与脑葡萄糖代谢有关的GLUT1、GLUT3和IRS2蛋白的表达而发挥神经保护作用。