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阿尔茨海默病(Alzheimerdisease,AD)是老年人中最常见的神经系统退行性疾病。其临床特点为隐袭起病,逐渐出现记忆力减退、认知功能障碍、行为异常和社会障碍。由于该病病程长,致残率高,又缺乏有效的治疗方法,给家庭和社会带来沉重的经济和精神负担。因此,寻找有效的AD治疗手段已成为迫切的课题。
AD的主要病理特征改变为皮质、海马等部位出现大量老年斑(senileplaques,SP)、神经元纤维缠结(neurofibrillarytangles,NFT),同时大量神经元溃变坏死,其中以基底前脑胆碱能神经元丢失最为严重,同时也伴有γ-氨基丁酸(GABA)能、去甲肾上腺素能和5-羟色胺能(5-HT)神经元丢失。
AD研究进展缓慢的一个重要原因是没有一个理想的模型能够再现该病的所有特征。基底前脑胆碱能神经元退变是该病的显著病理特征之一,对患者的行为认知缺陷起非常重要的作用。为了探询一种单纯基底前脑胆碱能神经元退变,分析这些神经元的功能及寻找新的治疗手段,本课题采用选择性免疫毒素192-IgG-saporin侧脑室注射来建立阿尔茨海默病动物模型。目前AD的许多治疗方法只能缓解AD患者的部分症状,有些药物甚至会产生严重的副作用。神经干细胞在中枢神经系统的存在并体外培养成功,解决了脑细胞供体不足的难题,成为细胞移植的理想供体。神经干细胞在体外自我复制,稳定增殖;在体内生长良好,具有多分化潜能,能迁移分化成不同的终末细胞。本实验研究内容主要包括:1.侧脑室注射建立免疫毒素192-IgG-saporin阿尔茨海默病动物模型。2.神经干细胞移植治疗192-IgG-saporin阿尔茨海默病动物模型的疗效观察。
实验部分:
1、材料和方法
1、新生SD大鼠的海马,机械分离,加入胰蛋白酶和DNA酶消化分散,制成单细胞悬液,加入含2%B27、表皮生长因子(EGF)和碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)(终浓度均为10ng/ml)的DMEM/F12无血清培养基的培养瓶中,放置在37℃、5%CO2培养箱内培养。将原代培养约5-7天形成的细胞球离心,按上述条件半量换液,吹打成单细胞悬液;以后每5-7天传代一次,方法同前。用免疫组织化学法,行Nestin染色,鉴定培养的细胞为神经干细胞。
2、成年雄性SD鼠30只,体重210-250克,随机分成3组,每组10只,分别为正常组、对照组、模型组和移植组。侧脑室注射192-IgG-saporin5μl(2.5μg/5μl),按坐标:前囟后0.8mm、左侧旁开1.5mm,进针深5.5mm。21天后行Y迷宫检测,检测结束后,将神经干细胞球4μl(1×104个/μl)移植于同侧基底前脑。坐标:前囟前0.6mm、左侧旁开0.6mm,进针深5.5mm。分别在1、2、3、4周检测神经干细胞在体内的存活、迁移情况。各组动物在干细胞移植后一个月行Y-迷宫空间学习、记忆能力的检测。测试后动物经灌注、固定、取脑、蔗糖渗透,冰冻切片。基底前脑切片行NGF-R免疫组化染色,对内侧隔核(MS)、斜角带垂直支(VDB)的NGF-R阳性神经元和进行计数和形态学参数的测定;海马切片行胆碱能(AChE)纤维和突触素(SYN)免疫组化染色,对海马CA1区辐射层和齿状回分子层AChE阳性纤维进行计数,SYN进行校正OD(光密度)测定。数据用SPSS统计软件包进行统计学处理。
2、结果
1、海马神经干细胞能够在EGF和bFGF的刺激下分裂增殖,一周左右形成由数十到数百个细胞组成的克隆细胞球。传代后的神经干细胞出现与原代培养相同的克隆细胞球,细胞形态不变。传至第4代的克隆细胞球Nestin染色,结果呈阳性反应。
2、1-4周神经干细胞移植组鼠脑切片Nestin荧光染色显示,体内移植的神经干细胞可以存活和迁移。
3、神经干细胞移植对AD模型鼠基底前脑NGFR阳性神经元的影响
建立192-IgG-saporin模型后4周后,模型组损伤侧的MS和VDB的NGFR阳性神经元大量减少,和正常组对应侧比较分别减少到18.40%和15.74%。
干细胞移植组损伤侧的NGFR阳性神经元得到补充和保护,移植组损伤侧的MS和VDB的NGFR阳性神经元分别恢复到正常组的74.85%和71.66%,与模型组损伤侧相比较均P<0.01。
4、神经干细胞移植对AD模型鼠海马AChE阳性纤维的影响
模型组的CA1辐射层和齿状回分子层AChE阳性纤维均大为减少,CA1辐射层和齿状回分子层纤维密度分别减少到正常组的11.07%和12.96%,与正常组比较,均P<0.01。移植组与损伤组比较,纤维有明显增多,恢复到正常组的81.39%和75.30%。与损伤组比较均P<0.01。
5、神经干细胞移植对AD模型鼠海马突触素(SYN)的影响
模型组损伤侧与正常组对应侧比较,CA1辐射层和齿状回分子层突触素颗粒,经COD测定结果显示分别减少到50.52%和57.03%,与正常组比较均P<0.01。而移植组损伤侧则分别恢复到正常组对应侧的68.66%和69.55%,与模型组比较均P<0.05。。
6、神经干细胞移植对AD模型鼠空间学习记忆能力的影响
Y迷宫测试各组大鼠学习、记忆能力,模型组学习、记忆能力明显下降(107.38±9.34、3.75±0.71),与正常组比较均有显著差异(P<0.01);移植组(75.26±5.33、5.45±0.51)有所改善,与模型组比较均有差异(P<0.05)。
7、线性相关分析
将神经干细胞移植组的学习次数、记忆能力分别与NGFR阳性神经元数进行相关分析,结果呈显著负相关和正相关关系,如MS:r1=-0.79,P<0.01;r2=0.76,P<0.01;VDB:r1=-0.83,P<0.01;r2=0.81,P<0.01。
3、小结
1、新生SD鼠海马提取的神经干细胞,能够利用无血清的培养基在EGF和bFGF刺激下传代、增殖,且能在宿主体内存活。
2、侧脑室注射免疫毒素192-IgG-saporin,会导致基底前脑MS、VDB的NGFR阳性神经元大量丢失;也导致海马AChE阳性纤维、突触素的减少和学习记忆能力的下降。表明免疫毒素192-IgG-saporin侧脑室注射可成功建立阿尔茨海默病动物模型。
3、神经干细胞移植对AD模型鼠基底前脑MS、VDB的NGFR阳性神经元有明显的补充和保护作用;能够促进AChE阳性纤维的再生和突触重建;改善模型鼠学习记忆能力。