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近年来,糖尿病(Diabetes Mellitus,DM)对中枢神经系统的影响已引起人们的广泛重视。糖尿病脑病这一概念被逐步丰富和完善,尽管目前尚无标准定义,但基本可理解为:糖尿病引起的认知障碍和大脑的神经生理及结构改变。长期、大量的临床实证研究表明:胰岛素分泌不足会从不同方面对认知功能造成不良影响。
胰岛素分泌不足导致高血糖。长期慢性高血糖可造成毛细血管基底膜增厚,使管腔狭窄,加上糖尿病患者糖、脂代谢紊乱,造成血液黏稠度升高,血流缓慢,可致脑血流量减少。有研究证实,脑血流量的降低可使大脑对信息的认识、加工、整合等过程发生障碍,认知反应和处理能力下降,最终导致学习记忆功能受损。高血糖可加速老年性痴呆早期发病,流行病学研究表明老年糖尿病患者出现痴呆的危险性比正常对照组增加2倍。这些发现提示,糖尿病脑病在许多方面反映了大脑加速老化的过程。
而老年痴呆的神经病理学特点主要包括:大脑皮质和海马区域神经细胞外以β—淀粉样蛋白(Aβ)沉积为核心形成的老年斑(senile plaques,SP);神经细胞内以过磷酸化的tau蛋白为核心形成的神经原纤维缠(neurofibrillary tangle,NFT)和神经细胞丢失。既往研究发现,左旋丁基苯酞(1—NBP)能显著改善双侧颈总动脉结扎大鼠和自然衰老大鼠的学习记忆和空间辨别能力,抑制tau蛋白的过度磷酸化,并且能改善缺血区局部脑血流,抑制血小板聚集和自由基的产生,调控能量代谢,抑制炎症反应,提高胆碱乙酰基转移酶的活性,抑制缺血诱发的氧化损伤、神经元丢失和凋亡等,这些机制均与老年痴呆的发生有关。
本文重点的评价了STZ诱导的高糖小鼠的脑损伤状况,包括外周及中枢组织中氧化应激水平;中枢脑血流量、Tau蛋白磷酸化水平及与学习记忆相关的胆碱酯酶和乙酰胆碱合成酶活性;以及耐缺氧能力和空间探索能力、学习记忆的行为学评价。同时应用市售的治疗老年痴呆的药物美金刚和治疗脑缺血的药物左旋丁基苯酞(1—NBP)对高糖小鼠进行干预治疗,为糖尿病脑病的防、治提供一定的依据。论文主要分为以下两个部分:1.STZ诱导1型糖尿病小鼠的脑损伤;2.左旋丁基苯酞(1—NBP)对STZ诱导的1型糖尿病小鼠脑保护作用的研究。
第一部分,STZ诱导1型糖尿病小鼠的脑损伤。
STZ诱导的1型糖尿病模型小鼠,在给予STZ两周后其血糖水平较空白对照组明显升高,体重较空白对照组明显降低;
脑血流研究显示,高糖小鼠(ATZ诱导9周后)的局部脑血流量即明显降低,较空白对照组下降35%。同时,耐缺氧能力代偿性的升高,耐脑缺血缺氧实验结果表明,糖尿病小鼠断头后喘息时间显著高于正常对照组,喘息次数极显著高于正常对照组。同时血小板聚集实验结果表明:STZ诱导的高糖小鼠在诱导后9周,血小板最大聚集率较正常对照组有升高趋势,但并无显著性差异。
STZ诱导13周后,行为学(Morris水迷宫,水迷路)研究显示,高糖小鼠未见明显的空间探索和学习能力的差异。但自主活动研究表明:高糖小鼠自主活动能力较空白对照组明显降低。同时STZ诱导的高糖小鼠,存在明显的Tau蛋白过度磷酸化,其海马和皮层组织Tau蛋白磷酸化(Ser199/202)水平明显升高;而生化检测显示,高糖小鼠存在明显的氧化应激现象和脑损伤。高糖小鼠血清MDA水平明显升高;皮层组织SOD水平代偿性的明显升高,同时皮层ChAT活性明显降低。说明STZ诱导13周后的高糖小鼠存在一定的脑损伤。
第二部分,左旋丁基苯酞(1—NBP)对STZ诱导的1型糖尿病小鼠脑保护作用的研究。
给予1—NBP后,STZ诱导的1型糖尿病模型小鼠血糖水平和体重增长均较单纯模型组无明显变化。
脑血流测定结果显示,STZ诱导高糖小鼠9周后脑血流量较正常对照明显降低。单次尾静脉注射分别给予20mg/kg和100mg/kg的1—NBP时,其脑血流量未见明显的改善。同时血小板聚集实验结果表明:高糖小鼠单次尾静脉注射分别给予20mg/kg和100mg/kg的1—NBP时,血小板最大聚集率与模型组相比均有降低的趋势,高于正常对照组,但均无统计学差异。说明尾静脉一过性给药的改善作用不明显。而1—NBP短期(3周)口服给药后,直接测定各组脑血流,结果表明,1—NBP组脑血流量高于模型组但低于正常对照组,且只有趋势,没有显著性差异,说明高糖小鼠的脑血流量是降低的,但药物的改善作用不显著。同时血小板聚集实验结果表明:口服给药3周后,1—NBP组血小板最大聚集率与模型组相比有降低的趋势,且高于正常对照组,但无统计学差异。说明高糖小鼠的血液存在高凝状态,但药物的改善作用不显著。
耐脑缺氧实验结果表明:给予1—NBP3周后,糖尿病小鼠断头后喘息持续时间极显著高于正常对照组,喘息次数显著高于正常对照组,但与未给药模型组相比并无显著性差异,说明药物对高糖小鼠的抗缺氧能力的提升并不明显。
在行为学研究中,STZ诱导13周后,高糖小鼠自主活动明显降低,在给予1—NBP和阳性对照美金刚8周后,前者有改善的趋势,而后者则明显改善高糖小鼠的自主活动能力。同时,其Tau蛋白磷酸化水平有一定的降低的趋势,与阳性对照药Memantine相似。而生化检测结果则显示,在1—NBP给药8周后,皮层ChAT活性极显著升高,其他指标未见明显差异。