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用磁共振成像技术探讨唾液酸对仔猪早期脑发育的影响

张全增  
【摘要】:唾液酸(Sialic acid, Sia)是自然界中以酰基化形式存在的神经氨酸衍生物的统称。唾液酸具有多种生物学功能,比如:促进细胞的增值、分化和参与识别;与病原微生物相互作用,参与免疫反应;促进神经系统的发育,易化记忆形成,提高学习能力。大脑发育的关键时期,进行干预可以对大脑造成远期的不可逆的影响。许多动物实验表明唾液酸可以对大脑发育、学习和记忆能力产生重要影响。仔猪因其发育和解剖与婴儿相似,适合做研究婴儿发育的动物模型。磁共振成像技术因其对软组织空间分辨率高、可用多种参数成像和对机体无辐射损伤等优点已广泛应用于脑代谢、脑结构和的脑功能定量研究中。 本实验以新生仔猪为动物模型,通过在饮食中添加唾液酸,用磁共振成像及定量分析技术,探索唾液酸对仔猪脑结构发育的影响。 平均体重为2kg的61头3日龄仔猪,随机分为4组:对照组(不额外添加N-乙酰神经氨酸,N=16)、实验组一(N-乙酰神经氨酸601.8mg/100g,N=15)、实验组二(乳糖结合的N-乙酰神经氨酸486.8mg/100g,N=14)和实验组三(酪蛋白结合的N-乙酰神经氨酸和乳糖结合的N-乙酰神经氨酸各占50%以及0.5g/L的乳铁蛋白,N-乙酰神经氨酸的总含量为439.1mg/100g,N=16),且保证相同遗传背景的仔猪不在同一组。仔猪在38日龄进行磁共振(nuclear magnetic resonance, NMR)扫描,第39日龄仔猪安乐死断头取脑。NMR扫描采集的数据包括:T1加权成像(T1-weighted imaging, T1WI), T2加权成像(T2-weighted imaging, T2WI),弥散张量成像(Diffusion Tensor Imaging, DTI)。对T1图像用基于体素的形态测量学(voxel based morphometry, VBM)方法分析组间灰质体积的差异:DTI图像上用于工划分感兴趣区(region of interest,ROI)的方法将胼胝体分成三部分,并测量胼胝体各部的各向异性分数(fractional anisotropy,FA)。统计方法:实验组一、实验组二和实验组三分别和对照组进行双样本T检验(Two-sample t-test),以探究唾液酸对仔猪大脑发育过程中结构的影响。实验结果:各实验组相对于对照组仔猪的体重、脑重和全脑体积的差异无统计学意义。经图像处理和统计分析,VBM的结果如下:实验组一较对照组灰质体积增加的区域有左侧背外侧运动皮层、左侧小脑小叶和左侧初级视觉皮层,灰质体积减少的区域有左侧上丘;实验组二较对照组灰质体积增加的区域有左侧躯体感觉皮层、左侧颞叶、左侧岛叶皮层、左侧海马旁回、右侧小脑小叶,体积减少的区域为前联合周围灰质、中央灰质、右侧屏状核、右侧丘脑背外侧核。实验组三较对照组灰质体积增加的区域有左侧丘脑,左侧海马旁回,灰质体积减少区域为小脑小叶。DTI的结果是,各实验组相对于对照组胼胝体三个区域的FA值的差异均无统计学意义。 本实验得出以下结论:(1)唾液酸对仔猪的体重、脑重和脑体积的影响不显著,差异无统计学意义;(2)唾液酸对仔猪大脑发育有促进作用,并且不同存在形式的唾液酸对仔猪大脑发育的影响不同。其中实验组一的配方奶可以促进左侧躯体感觉皮层、左侧颞叶、左侧岛叶皮层、左侧海马旁回、右侧小脑小叶等皮层灰质的发育;实验组二的配方奶可以促进左侧躯体感觉皮层、左侧颞叶、左侧岛叶皮层、左侧海马旁回、右侧侧小脑小叶皮层的发育;实验组三的配方奶可以促进部分丘脑神经核团以及海马旁回的发育。(3)唾液酸对胼胝体的发育没有显著影响,差异无统计学意义。


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