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前言 阿尔茨海默病(Alzheimersdisease,AD)是老年痴呆的主要类型,发生于老年前期及老年期,表现为一种持续性高级神经功能活动障碍,定向力改变、记忆力减退、智力下降等,最终导致生活自理能力完全丧失。随着全球人口老龄化进程加快,AD等神经退行性疾病在老年人中的发病率居高不下,给社会和家庭带来沉重的负担。 AD的发病与机体衰老、遗传因素及某些环境危险因素等有关,其大体病理改变以脑萎缩为主,表现为脑回变窄、脑沟增宽、脑室变大,镜下病理改变多见于老年斑(Senileplaques,SP)、神经原纤维缠结(Neurofibrillarytangles,NFT)、神经元减少等。目前关于AD的发病机制存在多种假说,其中β-淀粉样蛋白(Betaamyloidprotein,Aβ)级联假说在AD形成的各种机制中占主导地位,该假说认为,Aβ沉积是AD发生、发展的中心环节,也可能是各种因素导致AD的共同途径。Aβ产生和清除平衡的破坏是其在脑内沉积的主要原因,因此,减少Aβ生成及增加Aβ从脑内的清除可有效延缓AD的发生发展。淀粉样前体蛋白β位分解酶1(Beta-siteAPP-cleavingenzyme-1,BACE1)是脑内最主要的β-分泌酶,其裂解β-淀粉样前体蛋白(Beta-amyloidprecursorprotein,APP)最终生成Aβ;而胰岛素降解酶(Insulin-degradingenzyme,IDE)主要在脑部神经元表达,参与降解可溶性的Aβ,其降解产物不再聚集和沉积,也不具有神经毒性。可见,BACE1和IDE是参与脑内Aβ的生成和清除的关键酶。 目前尚无针对AD的特效药物,故AD的早期预防至关重要。植物化学物在防治AD的研究中日益受到关注,莱菔硫烷(Sulforaphane,SFN)是一种异硫氰酸盐,广泛存在于西兰花、卷心菜等十字花科蔬菜中。在中枢神经系统缺血性损伤模型的研究中发现,SFN具有较好的神经保护作用。最新研究报道,SFN可明显改善经脑内单次注射Aβ的AD模型小鼠的学习记忆能力和认知功能,然而其体外实验结果并未发现SFN对Aβ聚集有抑制作用。因此,关于SFN对AD的干预作用及其机制尚有待证实和探讨。 本研究采用铝和D-半乳糖(D-galactose,D-gal)联合染毒制备AD模型小鼠,通过检测血铝水平确定受试小鼠铝的内暴露量,采用跳台试验分析SFN对AD模型小鼠学习记忆能力的影响,并从脑组织Aβ沉积情况及Aβ代谢相关酶BACE1、IDEmRNA表达水平角度初步探讨其可能的作用机制,为寻找防治AD的有效措施提供理论依据。 材料与方法 一、动物分组、处理及样品采集 健康成年C57BL/6J小鼠30只,雌雄各半,体重范围:18-22g,适应性喂养一周后按体重随机分为对照组、模型组及干预组,每组10只。给药途径及剂量如下:模型组和干预组小鼠饮用含铝水(0.4g/100ml)并隔日皮下注射200mg/kgD-gal,此外,干预组小鼠每日一次灌胃给予25mg/kgSFN,模型组小鼠每日一次灌胃等量蒸馏水,同时设立溶媒对照组,实验期间小鼠自由摄食及饮水。于处理第80d开始进行为期2d的神经行为学测试,并于处理后第90d,乙醚麻醉小鼠,摘眼球取血,离心,取上清供血铝水平测定;剥离右侧大脑皮质用于测定BACE1和IDEmRNA表达水平;将左侧半脑放入多聚甲醛固定液中固定,石蜡包埋后行冠状位连续切片,用于分析脑组织Aβ沉积情况。 二、检测指标及方法 (一)、一般状况观察、体重、脑重及脑系数 每日一次观察各组小鼠一般状况,并每周称重一次观察体重变化。小鼠处死后取脑并称重,按下列公式计算脑系数:脑系数(mg/g)=脑重(mg)/体重(g)。 (二)、血铝水平 利用石墨炉原子吸收分光光度法检测各组小鼠血铝水平。 (三)、学习记忆能力 采用跳台试验分析各组小鼠的学习记忆能力。 (四)、脑组织Aβ沉积 应用免疫组化法检测各组小鼠大脑皮质及海马Aβ沉积情况。 (五)、大脑皮质BACE1、IDEmRNA表达水平 用RNeasy离心柱试剂盒提取总RNA,逆转录为cDNA,再采用SYBRGreenⅠ嵌合染料法对目的基因进行Real-timePCR扩增反应,以β-actin作为内参,分析BACE1、IDEmRNA的相对表达水平。 三、统计分析 实验数据均采用SPSS13.0统计软件进行分析,符合正态分布的数据,实验结果用(x)±s表示,进行单因素方差分析(ANOVA)。满足方差齐性时,两两比较采用LSD;不满足方差齐性时,两两比较采用DunnettsT3法;不符合正态分布的数据,实验结果用中位数(M)和四分位间距(Q)表示,进行多个独立样本的非参数秩和检验。检验水准:α=0.05。 结果 一、一般状况观察、体重、脑重及脑系数 整个受试期间各组小鼠活动自如,状态良好,未见异常表现及死亡。各组小鼠的体重、脑重及脑系数,差异均无统计学意义(P>0.05)。 二、血铝水平 模型组和干预组小鼠血铝水平高于对照组,差异均有统计学意义(分别为P<0.01和P<0.05)。干预组小鼠血铝水平低于模型组,差异有统计学意义(P<0.05)。 三、学习记忆能力 跳台试验结果显示,与对照组相比,模型组小鼠反应期延长,潜伏期缩短,学习和记忆成绩的错误次数增多,差异均有统计学意义(P<0.01或P<0.05);与模型组相比,干预组小鼠反应期期缩短,潜伏期延长,学习和记忆成绩的错误次数减少,差异均有统计学意义(P<0.01或P<0.05)。干预组小鼠反应期、潜伏期、学习和记忆的错误次数与对照组相比,差异均无统计学意义(P>0.05)。 四、脑组织Aβ沉积 与对照组相比,模型组小鼠大脑皮质和海马Aβ斑块数量增多,而干预组小鼠大脑皮质和海马Aβ斑块少于模型组,差异均有统计学意义(P<0.01)。干预组小鼠大脑皮质和海马Aβ斑块数量与对照组相比,差异无统计学意义(P>0.05)。 五、大脑皮质BACE1、IDEmRNA表达水平 各组小鼠大脑皮质BACE1、IDEmRNA表达水平,差异均无统计学意义(P>0.05)。 结论 SFN可能通过降低AD模型小鼠铝的内暴露量,减少脑组织Aβ斑块沉积,进而改善AD模型小鼠的学习记忆能力,但模型组及干预组小鼠大脑皮质Aβ代谢相关酶BACE1、IDEmRNA表达水平均未见明显改变。