辣椒素损伤迷走神经传入纤维在帕金森病发病中的作用研究

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帕金森病(Parkinson’s disease,PD)是一种常见于老年人的神经系统退行性疾病,其主要病理特征是中脑黑质(substantia nigra,SN)多巴胺(dopamine,DA)能神经元的进行性缺失。PD的患病率随着年龄的增长而增加,主要临床特征为静止性震颤、肌僵直、运动迟缓、姿势步态障碍等运动症状。PD的非运动症状出现在运动症状之前,包括抑郁、焦虑、嗅觉功能障碍、睡眠障碍,以及胃肠道功能障碍等,其中胃肠道功能障碍发生率高达80%。当PD患者出现胃肠道功能障碍等非运动症状时,SN中的DA能神经元已经开始损伤,到出现运动症状时,DA能神经元已经缺失50%~60%。Braak等人于2003年提出了PD病理的六级分级假说,α-突触核蛋白(α-synuclein,α-syn)的聚集首先发生在肠神经系统(enteric nervous system,ENS),这些聚集的α-syn可以通过相互连接的神经途径逆向传播至DMV(dorsal motor nucleus of vagus,DMV),再传播至SN,最终导致PD的发生。Braak等人并于2007年提出“双重打击学说”,该学说认为,从嗅觉和自主神经功能障碍的角度来看,是由于某些病原体从胃和鼻腔感染,导致该部位α-syn的聚集,进而引起α-syn向脑内的传播。迷走神经在这个过程中可能发挥了桥梁作用。行迷走神经切断术的患者发生PD的风险降低,动物实验亦证明迷走神经切断可以延缓PD的病理进程。迷走神经是传入纤维和传出纤维组成的混合神经,目前的研究多数认为聚集的α-syn从胃肠到中枢的传播依赖迷走神经传出纤维的逆向传播,但传入纤维在迷走神经中占绝大多数,且与传入纤维相连的孤束核(nucleus of solitary tract,NTS)亦观察到α-syn的聚集,迄今为止,迷走神经的传入纤维在聚集的α-syn从外周到中枢的传播中的作用,及其在PD病程进展中的作用,尚未见任何报道。对该问题的阐明,将进一步揭示PD的发病机制,为PD的预防和治疗提供一定的实验依据。为了研究迷走神经传入纤维在PD中的作用,本课题首先制备辣椒素损伤迷走神经传入纤维的小鼠,然后进行鱼藤酮灌胃,采用行为学实验,免疫荧光技术和western blot等方法,观察辣椒素损伤迷走神经传入纤维后,对鱼藤酮灌胃小鼠运动行为的影响,ENS、DMV及SN中α-syn表达水平的变化,同时观察了SN中DA能神经元表达情况、酪氨酸羟化酶(tyrosine hydroxylase,TH)的蛋白水平及炎症反应的变化。实验结果如下:1.鱼藤酮处理1月组的小鼠体重明显下降,与对照组相比,在第2周(P<0.001)、第3周(P<0.0001)和第4周(P<0.0001)时差异具有高度统计学意义;辣椒素-鱼藤酮处理1月组小鼠体重降低趋势有所减缓,与鱼藤酮处理1月组相比,在第4周时有差别具有统计学意义(P<0.05)。鱼藤酮处理3月组小鼠体重明显降低,与对照组相比,第1周、第3周、第4周、第8周以及第12周时差异均具有高度统计学意义(P<0.001);辣椒素-鱼藤酮处理3月组小鼠体重降低有所减缓,与鱼藤酮处理3月组相比,在第4周和第12周时差别均具有高度统计学意义(P<0.01)。2.爬杆实验结果显示,鱼藤酮处理1月组和3月组小鼠的转头时间和落地时间均延长,与对照组相比,差异均具有统计学意义。辣椒素-鱼藤酮处理3月组小鼠落地时间降低了36.9%,与鱼藤酮处理3月组相比,差异有高度统计学意义(P<0.001)。3.旷场实验结果显示,鱼藤酮处理1月组和3月组小鼠在总运动距离、平均速度和中间区域运动的相对时间减少,静止时间增高。辣椒素-鱼藤酮处理1月组小鼠总运动距离增加了107.9%(P<0.0001)、中间区域运动时间增加了107.9%(P<0.0001)、平均速度升高了21.4%(P<0.0001),与鱼藤酮处理1月组相比,差异均具有高度统计学意义。辣椒素-鱼藤酮处理3月组小鼠在总运动距离上增加了56.9%(P<0.001)、平均速度增加了36.1%(P<0.05),中间区域运动时间增加了62.7%(P<0.05),静止时间降低了22.8%(P<0.001),与鱼藤酮处理3月组相比,差别具有统计学意义。4.转棒实验结果显示,鱼藤酮处理1月组和3月组小鼠在旋转棒上的停留时间均缩短,差异均具有统计学意义。辣椒素-鱼藤酮处理1月组小鼠停留时间增加了51.1%,与鱼藤酮处理1月组相比,差异具有统计学意义(P<0.05)。辣椒素-鱼藤酮处理3月组的停留时间增加了102.9%,与鱼藤酮处理3月组相比,差异具有高度统计学意义(P<0.001)。5.在ENS中,免疫荧光染色和western blot结果均显示,辣椒素-鱼藤酮处理1月组和3月组小鼠α-syn表达均略有减少,但与鱼藤酮处理1月组和3月组相比,差异均无统计学意义。6.在DMV区,免疫荧光染色结果显示,鱼藤酮处理1月组和3月组小鼠α-syn表达均增加,辣椒素-鱼藤酮处理1月组和3月组小鼠DMV区α-syn表达则均减少。7.在SN区,免疫荧光染色结果显示,鱼藤酮处理1月组和3月组小鼠TH表达减少,辣椒素-鱼藤酮处理1月组和3月组小鼠TH表达较对照组增加。Western blot结果显示,辣椒素-鱼藤酮处理1月组SN区TH蛋白表达增加了54.0%,与鱼藤酮处理1月组小鼠相比,差异具有高度统计学意义(P<0.001);辣椒素-鱼藤酮处理3月组小鼠SN区TH蛋白表达增加了49.4%,与鱼藤酮处理3月组相比,差异具有统计学意义(P<0.05)。8.在SN区,western blot结果显示,辣椒素处理1月组小鼠SN区α-syn表达无明显变化;辣椒素处理3月组小鼠SN区α-syn表达降低了32.3%,与鱼藤酮处理3月组相比,差异具有统计学意义(P<0.05)。9.在SN区,免疫荧光染色结果显示,鱼藤酮处理1月组小鼠和辣椒素-鱼藤酮处理1月组,其小胶质细胞的活化均没有明显改变。鱼藤酮处理3月组小鼠SN区小胶质细胞的活化有所增加,辣椒素处理3月组SN区小胶质细胞的活化有所减少。Western blot结果显示,IL-6蛋白在鱼藤酮处理1月组和3月组中的表达略有增加,但该差异无统计学意义。综上所述,鱼藤酮灌胃小鼠的体重明显下降,运动能力和协调性减弱,在DMV和SN中α-syn的表达均增加,SN区小胶质细胞的活化略有增多,导致SN DA能神经元表达降低,而在辣椒素损伤迷走神经传入纤维后,再给予鱼藤酮灌胃,小鼠体重降低减缓,运动症状明显缓解,ENS、DMV以及SN中α-syn表达减少,SN中DA能神经元数量的丢失减少。本研究表明,迷走神经传入纤维参与聚集的α-syn从肠道向脑内的传播过程,从而在PD的发病机制中发挥重要作用,损伤迷走神经的传入纤维,能够延缓PD的病程进展。本研究将为PD的预防和治疗提供新的方法和手段。
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