PTSD大鼠闯入性记忆神经信息编码及病理机制研究

【摘要】：创伤后应激障碍(posttraumatic stress disorder, PTSD)是指由于生命受到威胁、遭遇悲剧导致的精神、躯体症状持续的临床综合征。我国的情况是:伍志刚、张本等分别对洞庭湖严重洪涝灾区成人和唐山大地震所致孤儿PTSD发病率调查情况显示为33.89%和23%。2008年“5.12”汶川地震极重灾区幸存者三个月后罹患失眠、梦魇、闪回等PTSD典型症状困扰的人约有18.4 %。可见PTSD的患病与社会因素有直接相关性。因此,PTSD以其发病率高,病程长,疗效差等严重影响创伤救治,业已成为医学研究的难点。 PTSD最显著特征是闯入性记忆(intrusive memory),表现为不由自主地回想创伤场景(有别于人们正常情况下从记忆中搜索、自主提取相关信息),自发提取创伤性事件信息的每一个成分包括声音、颜色、情景等引发创伤再体验,具有不期而至、无法拒绝的侵入性特点;反复出现有创伤内容的噩梦,伴随持续、重复、强烈的精神痛苦,具有固化性;闯入性记忆导致患者警觉水平持续性升高,出现为防止“触景生情”而表现出持续性回避行为,是PTSD症候群的核心症状,也是PTSD与其他精神障碍(如躯体化障碍、精神异常、焦虑障碍等)的区别点。 既往PTSD研究认为:闯入性记忆的表征是记忆紊乱,由特定知觉系统启动。认为PTSD信息加工可能存在创伤信息记忆网络,包括创伤事件的刺激信息、人们对创伤的认知、行为反应信息、刺激与反应的联结信息。当创伤事件的提示物激活网络,使信息进入功能区引发闯入性记忆症状,从而启动试图回避和压抑相关信息,导致回避反应症候群出现。然而这些理论都有待结合动物实验进一步从信息加工角度研究其编码过程、记忆现象和影响因素,从而有助于拓展我们对PTSD中复杂记忆现象的理解。 海马是应激反应的高位中枢,对情绪、学习、记忆行为起重要作用,也是哺乳动物脑内保持神经再生能力的重要区域。有证据证明,多数PTSD患者并不仅仅是心理上的改变,亦有器质性病理改变。与记忆和情绪反应密切相关的海马区,可因长期的PTSD影响而出现类似萎缩性改变。PTSD中闯入性记忆的发生是否与海马神经元病变有关也有待观察。同时细胞凋亡是一种不同于坏死的细胞死亡方式,是受细胞内源性基因、酶和信号传导途径调控的一个“瀑布式”激活过程,受促凋亡基因与抗凋亡基因的协同作用。非创伤性的外界刺激因素所引起的一些变化,能否导致海马区神经细胞的凋亡,PTSD状态下闯入性记忆是否是由于神经细胞的增殖与凋亡的平衡变化研究有着十分重要的意义。 PTSD患者存在多项神经电生理指标检测异常,主要表现为对非相关刺激的鉴别能力受损,对创伤特异声音、图像等刺激反应增强,事件相关诱发电位降低,脑电图皮层同步化作用减弱等,皆提示有相关的神经解剖结构和(或)功能异常。目前认为额叶、边缘系统(包括海马、杏仁核、隔区、内嗅区等)神经环路可能为其解剖基础。其中海马结构接受来自多感觉系统和高级皮层的输入,在各种感觉信息的整合、由短时记忆向长时记忆转化中起重要作用。越战老兵影像学观察显示,患者右侧海马体积较对照组缩小8.0%,左、右侧海马分别缩小26.0%和22.0%,且海马缩小的程度与PTSD严重程度密切相关;也提示海马体积缩小仅是PTSD发生的易感因素。杏仁核位于颞叶内有广泛的上下行纤维联系投射到海马、下丘脑、前额叶等,是情绪信息的加工中心,其中基底核与情绪直接相关。从影像学和实验研究提示海马、杏仁核可能参与PTSD闯入性记忆形成。 枸杞多糖(lycium barbarum polysaccharide,LBP)是从宁夏枸杞中提取的有效成分,近年研究发现,LBP参与调节神经内分泌免疫系统反应,具有免疫调节、抗衰老、护肝、防辐射、抗疲劳、抗肿瘤、抗氧化等功能。有研究报道,LBP可对抗锰中毒小鼠神经元数目减少,改善脑卒中的缺血症状,促进自由基清除和保护神经细胞的作用,这些都提示LBP在抗应激方面有可能会起到非常积极的作用。 本实验主要分为四个部分:(1)PTSD动物模型的制备和病理、行为学观测:利用幽闭+电刺激,以及单刺激延时制作PTSD大鼠实验动物模型,在此基础上观测动物运动行为改变及其中枢神经系统病理学改变,获得优化的动物模型;(2)中枢神经系统海马神经元凋亡与再生变化:通过检测PTSD动物模型中海马组织中神经细胞凋亡和BrdU阳性神经元再生变化,对闯入性记忆形成的神经再生机制进行初步探讨;(3)PTSD动物模型闯入性记忆的神经元电信息线性、非线性特点及其与杏仁核的关系;(4)枸杞多糖在PTSD动物模型中的防治作用:以灌胃法观察应激前后分别预防性和治疗性给予枸杞多糖对PTSD实验动物行为学以及海马神经元再生与凋亡的影响。通过以上研究,旨在揭示严重应激影响海马认知功能的机制,以期揭开PTSD的病因、发病机制的关键,并为研究及防治药物的开发提供理论依据。 主要结果和结论如下: 1.用幽闭+电击可制备大鼠PTSD模型,导致实验动物处于持续恐惧状态,但不造成实验动物外伤。经行为学检测,发现该PTSD模型可造成动物体重下降,运动减少。动物可表现出再次处于应激环境中的闯入性记忆的干扰化行为:回避行为增强,探索兴趣减弱、焦虑情绪、记忆保持能力下降。空间定位和空间记忆保存能力下降等行为,与临床PTSD行为表现类似。以上均说明本实验制备的PTSD大鼠动物模型与临床表现接近,很好地模拟出含有情绪特征的闯入性记忆,易于操作、重复性好,可靠性高。 2.幽闭电击PTSD大鼠海马齿状回区的BrdU阳性细胞主要分布在门区,应激后1 w持续减少,应激后4 w无阳性细胞。海马齿状回区神经元DG皆有凋亡,应激后1 w凋亡率最高,且齿状回BrdU阳性细胞数与海马神经元齿状回凋亡率呈负相关。应激4 w后海马体积缩小11.7%,表明可能是应激对海马内环境的改变引发海马神经元凋亡或坏死,以及再生减少从而导致体积缩小。 3幽闭电击大鼠在激发闯入性记忆时,检测其麻醉状态下海马神经元自发放电,可表现出海马锥体细胞频率变化,ISI序列复杂度渐进性减少,不规则性减少,优势模式单一化。中间神经元复杂度受应激影响明显,无优势模式。毁损双侧杏仁核后同状态下海马锥体细胞和中间神经元呈一致性变化,表现为复杂度增加,优势模式增加,表明基底外侧核可能在闯入性记忆的启动或者调节中发挥作用,可能存在海马-杏仁核通路。 4.本实验通过给予幽闭电击PTSD大鼠预防灌胃3d较低剂量(10 mg/kg)枸杞多糖和应激后治疗性灌胃高剂量灌胃(20 mg/kg)。实验结果证实,枸杞多糖预防性服用,海马神经元的病理改变及行为虽然有降低,但较应激组减轻;高剂量治疗组能够改善PTSD大鼠行为学表现,使之紧张性和焦虑程度下降,有改善PTSD大鼠学习、记忆能力的效果。同时证实,枸杞多糖可减缓PTSD大鼠海马神经细胞凋亡、促进BrdU阳性细胞再生能力恢复。提示,LBP对PTSD发生不仅具有一定的预防作用,且有部分治疗或缓解效果。