抑郁症模型大鼠学习记忆力及海马形态结构的变化.pdf

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1、4 抑郁症模型大鼠学习记忆力及 海马形态结构的变化 肖爱娇4 ，施昱6 ，闵建新8 ，伍庆华 ( 江西中医学院a 生理学教研室；b 病理学教研室，南昌3 3 0 0 0 4 ) 摘要：目的观察抑郁症模型大鼠学习记忆力及海马形态结构的变化。方法雌性S D 大鼠2 0 只，随机分为正常 组和模型组，每组1 0 只。正常组不给予任何处理，模型组给予孤养加2 1d 慢性不可预见性的温和应激( C U M S ) 采用O p e n F i e l d 、糖水消耗量及M o r r i s 水迷宫测试大鼠的行为学表现；光镜以及透射电镜观察大鼠海马组织结构。 结果与正常组相比，模型组大鼠行为学测试显示其直

2、立活动得分及水平活动得分均减少、糖水摄入百分比减少 及学习记忆力下降；H E 染色显示模型组大鼠海马锥体细胞层变薄，细胞间隙增大，排列紊乱，疏松，细胞结构不完 整，甚至有大量细胞缺失；透射电镜下，模型组海马神经元较少，细胞核呈现皱缩改变，核膜凹凸不整模糊不清，并 有局部断裂；胞质内线粒体肿胀变性，嵴消失。结论孤养加2 1dC U M S 可造成大鼠抑郁症模型；模型组大鼠学 习记忆力下降可能与应激造成海马形态结构改变有关。 关键词：慢性不可预见性的温和应激；海马；透射电镜；动物，实验；大鼠 中图分类号：R - - 3 3 2文献标识码：A文章编号：1 0 0 0 一2 2 9 4 ( 2 0 0

3、 9 ) o l 0 0 0 4 一0 5 C h a n g e so fL e a r n i n ga n dM e m o r yA b i l i t i e sa n d t h eU I t r a s t r u c t u r eo fH i p p o c a m p u si nD e p r e s s i o nM o d e lR a t s ，X I A OA i - j i a o * ，S H IM i n 。，M I NJ i a n - x i n “ ，W UQ i n g - h u a “ ( a D e p a r t m e n to fP h

4、y s i o l o g y ；b D e p a r t m e n to fP a t h o l o g y ，Ji a n g x i U n i v e r s i t yo fT r a d i t i o n a lC h i n e s eM e d i c i n e ，N a n c h a n g3 3 0 0 0 4 ，C h i n a ) A B S T R A C T ：0 b j e c t i v eT oo b s e r v ec h a n g e so fl e a r n i n ga n dm e m o r ya b i l i t i e s

5、a n dt h eu l t r a s t r u c t u r eo fh i p p o c a m p u si nd e p r e s s i o nm o d e lr a t s M e t h o d sT w e n t yf e m a l eS Dr a t sw e r er a n d o m l y d i v i d e di n t ot w og r o u p s ( 1 0i ne a c h ) ：n o r m a lg r o u pa n dm o d e lg r o u p T h ef o r m e rw a sg i v e nn

6、o s t r e s sa n dt h el a t e rw a sg i v e ni s o l a t i o n - h o u s i n gi nc o m b i n a t i o nw i t h21d a y so fc h r o n i cu n e x p e c t e d m i l ds t r e s s ( C U M S ) O p e n - F i e l dt e s t ，s u g a rc o n s u m p t i o na n dM o r r i sw a t e rm a z et e s tw e r eu s e d t

7、ot e s tr a t s b e h a v i o r s L i g h tM i c r o s c o p ea n dt r a n s m i s s i o ne l e c t r o nm i c r o s c o p ew e r eu s e dt oo b s e r v et h et i s s u es t r u c t u r eo fh i p p o c a m p u s R e s u l t sC o m p a r i s o nw i t hr a t si nn o r m a lg r o u p , r a t si n m o d

8、 e lg r o u ps h o w e dc h a n g e si nb e h a v i o r a la s p e c t s ：b o t hc r o s s i n ga n dr e a r i n gw e r el o w e rt h a n t h o s ei nn o r m a lg r o u pi nO p e n - F i e l dt e s t ，t h ep e r c e n t a g eo fs u g a rc o n s u m p t i o n ，a sw e l la sl e a r n i n g a n dm e m

9、o r ya b i l i t i e si st o o H Es t a i n i n gs h o w e dt h a th i p p o c a m p a lp y r a m i d a lc e l ll a y e rb e c a m e t h i n n e ri nr a to fm o d e lg r o u p ，t h eg a pb e t w e e nc e l l si n c r e a s e d ，a n dt h ec e l l sa r r a y e di nd i s o r d e r ， l o o s e ，e v e na

10、l a r g en u m b e ro fc e l l sw e r el o s t T r a n s m i s s i o ne l e c t r o nm i c r o s c o p es h o w e dl e s sh i p p o c a m p a ln e u r o n si nr a t so fm o d e lg r o u p ，t h e i rn u c l e a rc o l l a p s e d ，t h ew h o l en u c l e a rm e m b r a n e w a sf u z z y a n dt h e r

11、 ew e r es o m el o c a lf r a c t u r e si nt h en u c l e a rm e m b r a n e M i t o c h o n d r i aw i t h i nt h e c y t o p l a s mw e r es w e l l i n ga n dt h e i rr i d g e sd i s a p p e a r e d C o n c l u s i o nD e p r e s s i o nm o d e lc o u l db ei n 收稿日期：2 0 0 8 1 0 0 6 基金项目：江西省自然科

12、学基金( 2 0 0 7 G Q Y 0 9 4 4 ) 作者简介：肖爱娇( 1 9 7 3 一) 。女，博士，讲师，主要从事中医药防治抑郁症的研究。 万方数据 5 d u c e db yi s o l a t i o n - h o u s i n gi nc o m b i n a t i o nw i t h21d a y so fC U M S T h ed e c l i n eo fl e a r n i n ga n d m e m o r ya b i l i t i e si nr a t so fm o d e lg r o u pm a yb ec a u s e db

13、 yp a t h o l o g i c a lc h a n g e si nh i p p o c a m p u s K E YW O R D S ：c h r o n i cu n e x p e c t e dm i l ds t r e s s ；h i p p o c a m p u s ；t r a n s m i s s i o ne l e c t r o nm i c r o s c o p e ； a n i m a l s ，l a b o r a t o r y ；r a t s 抑郁症是以焦虑不安和情绪低落为主要症状的 疾病，属于情感性精神障碍，同时伴有思维迟缓

14、、意 志活动减退等症状，即存在认知功能障碍。有研 究发现抑郁症患者海马、胼胝体膝下区等部位的皮 质容量、神经元、胶质细胞数量减少2 。而关于抑郁 症模型动物海马形态学及超微结构变化的文献报道 还不多见，因此，本研究在给予大鼠孤养和2 1d 的 慢性不可预见的温和应激( c h r o n i cu n p r e d i c t a b l e m i l ds t r e s s ，C U M S ) 制备抑郁症模型后，主要测试 大鼠的学习记忆力并观察大鼠海马的形态学变化。 l 材料与方法 1 1 实验动物 S D 大鼠2 0 只，雌性，体质量2 3 0g 左右。采用 颗粒型饲料喂养，适应性

15、喂养1 周，光照黑暗周期 1 2h 1 2h ，以模拟正常昼夜生理节奏( 7 ：o o 一1 9 ：o o 光照，1 9 ：o o 一7 ：0 0 黑暗) ，饮用仪器过滤水，室温 ( 2 2 土2 ) 。 1 2 动物分组 动物适应1 周后，采用随机数字表将大鼠分为 2 组，每组1 0 只。正常组：5 只笼，正常饮食进水， 不给予任何刺激；模型组：分笼饲养，1 只笼，接受 2 1dC U M S 。 1 3 实验仪器 M o r r i s 水迷宫视频分析跟踪系统( 成都泰萌科 技有限公司) ，8 2 0 型旋转切片机( 美国) ，T H P 一1 病 理摊片烘干机( 上海医疗仪器厂) ，隔水

16、式电热恒温 培养箱( 上海跃进医疗器械一厂) ，透射电镜( 荷兰) ， R e i c h e r t J u n gu l t r a c u tE 超薄切片机( 德国) 。 2方法 2 1 抑郁症模型制备 C U M S ：按W i l l n e rP 等3 3 的方法稍行改进，将 动物每周随机给予夹尾、禁水、禁食、昼夜颠倒、水平 振荡、电击、4 水游泳等方法刺激，每日采取1 种 方法进行刺激，连续2 1d 。 2 2 检测指标 2 2 1 体质量 在适应1d 、应激第1 天、应激第7 天、第1 4 天 及第2 1 天，进行称量。 2 2 2 行为学测试 1 )O p e n - F i

17、 e l d 测试 4 。适应1d 、应激第1 天、应激第7 天及第2 1 天进行测试。用自制的圆形 体O p e n - F i e l d 敞箱进行测定，敞箱高为4 0c m 、直经 为8 0c m ，四周箱壁为黑色，底面用黑线均匀划分为 面积相等的2 5 块方格。以动物穿越方格数作为水 平活动得分( c r o s s i n g ) ，动物穿越1 格为1 次，如动 物沿线行走，每1 0c m 为1 次。以直立次数为垂直 活动得分( r e a r i n g ) ，以两前肢离地为1 次。每只动 物测试1 次，3m i n 次。保持环境安静，每次测试前 保持敞箱内干净。 2 ) 糖水摄入

18、量测试。于应激1d 、1 周及3 周 时( 即应激结束后1d ) 进行测试。各组动物同时放 入饮用水和1 蔗糖水，1h 后称量各只大鼠的饮用 水量及蔗糖水消耗量 4 ，计算糖水消耗百分比。 3 ) 学习记忆力测试。应激结束后1 5d 采 用M o r r i s 水迷宫进行测试，参照文献 5 7 的方法 并稍微进行了修改，每天2 次，上午9 ：0 0 1 1 ：o o 进 行大鼠定位航行实验( p l a c en a v i g a t i o n ) 。将测试时 间设置为7 0S ，操作者随机将大鼠从非平台所在象 限的其他2 个人水点将大鼠面向池壁放入水中，观 察并实时记录大鼠在7 0S

19、内找到并爬上平台所需 的时间，即逃避潜伏期( e s c a p el a t e n c y ) ；大鼠如果 在7 0S 内仍未找到平台，则将其牵引至平台停留 1 0S ，引导其学习记忆，潜伏期记为7 0s 。逃避潜伏 期时间越短表明学习记忆力越好。同时根据大鼠在 水中搜索平台的游泳轨迹确定其每次的搜索策略。 寻找平台的策略分为边缘型、随机型、趋向型和直线 型。直线型以大鼠入水后的第1 个点和平台之间的 连线为中轴，若大鼠的所有运动轨迹点与中轴的距 离均不超过一定范围，该运动策略即为直线型。趋 向型与直线型相似，只是运动轨迹与中轴的距离取 得更大。边缘型是以大鼠运动区域的中心为圆心， 取一定

20、半径作一个圆，如果大鼠的大部分运动轨迹 点均在圆外，则认为此运动轨迹为边缘型。如果大 鼠的运动策略不是以上3 种则认为是随机型。行为 万方数据 6 学检测期间，保持室内安静。 2 2 3 海马形态学观察 1 ) 取材及组织样品预处理。实验时，将大鼠 用1 0 的水合氯醛( o 4m L 1 0 0g ) 腹腔注射麻醉 后仰卧位固定，剪开胸腔，将注射器针头经左心室插 入升主动脉，用预冷的( 4 ) 4 多聚甲醛溶液进 行心脏灌注至头、四肢发硬。分离海马，左侧海马置 于2 5 戊二醛溶液中，以备电镜观察；右侧海马置 于1 0 福尔马林溶液中，以备H E 染色。 2 )大鼠海马形态学观察。采用H E

21、 染色，操 作流程：取材固定一洗涤一脱水透明一浸蜡包埋。 切片展片( 5 0 乙醇) 一脱蜡一各级乙醇下行水洗一 蒸馏水一染色( 苏木精、伊红) 一各级乙醇上行水 洗一透明一中性树胶封片，然后显微镜下进行观察。 3 )大鼠海马超微结构观察。将上述预固定的 海马切取1m m 3 的小块，放入1 锇酸后固定2h ， P B S 冲洗2 次。经各级酒精梯度脱水，环氧树脂包埋 烘烤，进行超薄切片，醋酸铀一枸椽酸铅双重染色，透 射电子显微镜观察、照相。 2 3 统计学方法 数据用S P S S1 2 0 软件进行统计分析，以均 数标准差( j s ) 表示，计量指标满足条件用t 检 验分析，以P O 0

22、 5 作为显著性差异的标准。 3结果 3 1 一般情况比较 适应期间，所有大鼠活泼好动，反应敏捷，对周 围环境和事物感到好奇。随着刺激的进行，模型组 大鼠逐渐变得活动减少，反应迟缓，2 周后尤其明 显，发展到呆滞少动。正常组动物反应及活动可，精 神稍差。所有大鼠均完成预计实验。 3 2 体质量比较 在适应期及应激第1 天，各组大鼠的体质量无 显著性差异；至应激第7 天开始，模型组大鼠体质量 低于正常组，且有显著性差异( P O 0 5 ) 。结果见 表1 。 表l2 组大鼠体质量比较( i - t - s ，g ) 3 3 行为学测试 3 3 1 O p e n F i e l d 测试比较

23、在适应期及应激第1 天，2 组大鼠敞箱实验结 果无统计学差异；应激第7 、2 1 天时，应激组大鼠直 立活动和水平活动得分均显著低于正常组，具有统 计学差异( P O 0 5 ) 。见表2 。 表22 组大鼠敞箱实验结果比较( i 士s ，分) 3 3 22 组大鼠糖水消耗百分比 应激第1 天时，2 组大鼠糖水消耗百分比比较 接近；应激l 周及应激3 周时，模型组大鼠的糖水消 耗百分比低于正常组大鼠( P o 0 5 ) 。见表3 。 表32 组大鼠不同时间糖水消耗百分比( i 士s ，) 3 3 3 大鼠学习记忆能力 1 )大鼠逃避潜伏期。正常组大鼠逃避潜伏期 除第1 天比较接近外，其余4d

24、 均短于模型组( P 0 0 1 ) ，说明C U M S 对大鼠学习记忆行为有明显影 响。、见表4 。 表42 组大鼠不同时间逃避潜伏期( i 士s ，s ) 分组 口 第1 天第2 天 正常组1 03 4 5 0 1 1 0 8 2 1 4 2 士1 4 3 2 模型组1 0 3 0 8 4 1 0 0 73 3 4 8 1 4 8 7 第3 天第4 天第5 天 1 3 9 4 9 7 67 2 4 士3 0 51 1 6 8 4 9 1 1 9 0 8 6 8 32 5 9 6 土6 8 71 4 6 2 士6 2 2 2 ) 各组大鼠搜索平台策略。大鼠搜索平台 策略图：大鼠在学习记忆实

25、验时具有不同的搜索策 略。边缘型大鼠沿水池周边搜索水下平台，可以判 断未学会找到平台的要领；随机型大鼠在搜索目标 万方数据 时，漫无目的地撞大运，靠运气找到水下平台，它们 可能知道平台在中间某个地方，但不清楚方位；趋向 型大鼠可能知道水下平台的方位，在一次找不到后 会试图再次尝试到目的地寻找；直线型大鼠知道水 表52 组大鼠搜索平台的策略( i 士s ，次) 下平台的方位，从入水点直接向平台方位直线寻找， 表明其记忆能力最强。见图1 。2 组大鼠搜索平 台策略分析。正常组大鼠的搜索策略多为直线型，模 型组大鼠多以边缘型和随机型为搜索策略。见表5 。 图1 大鼠搜索策略图 分组 n 直线型趋向型

26、随机型边缘型 正常组1 06 8 0 0 8 41 8 0 0 4 5 1 0 0 ：k 0 7 10 4 0 0 8 9 模型组1 02 8 0 5 ：0 8 4 。1 4 0 d ：O 8 93 2 0 + 1 3 0 2 6 0 0 8 9 与正常组相比，* P O O l 3 4 大鼠海马形态学观察 3 4 1 大鼠海马组织形态学观察 正常组大鼠海马锥体细胞层厚，细胞密度大，排 列整齐、紧密，细胞结构完整、边缘清晰。见图2 。 模型组大鼠海马锥体细胞层变薄，细胞间隙增大，排 列紊乱、疏松，细胞结构不完整，甚至有大量细胞缺 失。见图3 。 图2 正常组大鼠海马组织形态学观察 图3 模型组

27、大鼠海马组织病理表现 3 4 2 大鼠海马神经元的电镜观察 正常组海马神经元核膜完整，线粒体、内质网等 细胞器未见明显异常。见图4 。 模型组海马超微结构发生明显的病理改变：海 马神经元细胞核呈现皱缩改变，核膜凹凸不整、模糊 不清，并有局部断裂；胞质内线粒体肿胀变性，嵴消 失；粗面内质网囊腔轻度扩张，脱颗粒。见图5 。 图4 正常组大鼠海马超微结构观察 图5 模型组大鼠海马超微结构病理表现 4 讨论 抑郁症是精神科领域的常见疾病，随着现代社 万方数据 8 会竞争压力的加大，遭受抑郁症困扰的人数与日俱 增，因此对抑郁症的研究引起了广泛的关注。情感 障碍通常伴有相应的认知、行为方面的改变或紊乱，

28、抑郁症伴发的认知障碍主要是注意力和学习记忆力 的下降。事件相关电位P 3 0 0 对各种脑认知功能损 害提供了一种客观的电生理学指标，K a r a a s l a nF 等 8 与吕永良等 9 3 对抑郁症组及正常组作P 3 0 0 测 定对比研究发现，抑郁组P 3 0 0 潜伏期延长，表明抑 郁症存在认知功能障碍。海马是边缘系统的重要组 成部分，参与了学习记忆等的调节。抑郁症伴发的 认知障碍是否与海马结构改变有关，为此，本文在给 予大鼠孤养和2 1d 的C U M S 制备抑郁症模型后， 主要测试大鼠的学习记忆力、用H E 染色及透射电 子显微镜方法观察海马的形态学结构。 动物模型的设计一

29、般从以下三方面考虑：复 制疾病的诱发因素；模拟疾病的现象；对已知的 治疗方法有效 1 引。C U M S 是W i l l n e rP 等3 3 于 1 9 8 7 年提出的，其理论依据与人类抑郁症中慢性、 低水平应激源导致抑郁症发生及发展的机制更接 近；且应激引发的行为异常可保持几个月，抗抑郁剂 的长期应用可纠正这些异常行为，故具有较高的抑 郁模型价值，是目前广泛使用的抑郁模型之一。 根据W i l l n e rP 理论，以快感缺乏作为抑郁症 模型成功的指标。通常认为，行为学测试中敞箱测 试的水平活动反映动物的活动度，垂直活动反映动 物对新鲜环境的好奇程度，而糖水偏爱百分比可作 为测量动

30、物是否快感缺乏( 奖赏反应程度) 的有效观 察指标。本实验在给予大鼠孤养及C U M S3 周后 观察到：模型组大鼠在规定时间内的水平活动和垂 直活动得分均减少；糖水消耗的百分比较相应的正 常组降低，即活动度降低，兴趣度下降，对奖赏的反 应性下降。上述结果提示：给予C U M S 后，动物表 现出的抑郁状态、兴趣丧失、快感缺乏，与抑郁症的 临床表现3 有一定程度的相似性。此外，大鼠体质 量增长迟缓，也可间接作为C U M S 所致抑郁症的指 标。C U M S 抑制体质量增长的原因至少有两点： ( 1 ) 进食减少；( 2 ) 体内皮质酮水平升高 1 引，而皮质 酮影响营养物质代谢。以上结果表

31、明，抑郁症大鼠 模型制备成功。 。 本研究采用M o r r i s 水迷宫实验对大鼠进行学 习记忆测试，结果显示：给予C U M S 后，模型组大鼠 平均逃避潜伏期长于正常组大鼠，而且其搜索平台 的策略以随机型和边缘型为主。表明抑郁症模型大 鼠学习记忆力发生了改变。其机制目前尚不完全清 楚，边缘系统受损可能是主要原因，而海马是边缘系 统的重要组成部分。本实验观察到：模型组大鼠海 马锥体细胞层变薄，细胞间隙增大，排列紊乱、疏松。 细胞结构不完整，甚至有大量细胞缺失。海马超微 结构可见明显的病理改变：海马神经元细胞核呈现 皱缩改变，核膜凹凸不整、模糊不清，并有局部断裂； 胞质内线粒体肿胀变性，嵴

32、消失等病理改变。上述 研究表明，抑郁症大鼠模型学习记忆力降低，很可能 与海马结构发生了病理改变有关。而C U M S 引起 海马损伤的机制，还有待进一步证实。 参考文献： 1 龚绍麟抑郁症 M 北京：人民卫生出版社2 0 0 3 ：1 - 2 2 ， 2 江开达，周东丰精神病学 M 北京：人民卫生出版社，2 0 0 5 ： 1 2 2 1 2 7 3 W i l l n e rP ，T o w e l | A ，S a m p s o nD ，e ta 1 R e d u c t i o no fS u c r o s e P r e f e r e n c eb yC h r o n i c

33、U n p r e d i c t a b l eM i l dS t r e s s ，a n dI t sR e s 。 t o r a t i o nh yaT r i c y c l i cA n t i d e p r e s s a n t J ，P s y c h o p h a r r n a c o l o - g y ( B e r l ) ，1 9 8 7 ，9 3 ( 3 ) ：3 5 8 - 3 6 4 4 毛庆秋，黄真抗抑郁药与抑郁动物模型 J 国际精神病学杂 志。2 0 0 5 ，3 2 ( 4 ) ：2 1 6 - 2 1 9 5 D H o o g eR ，D

34、 eD e y nPP A p p l i c a t i o n so ft h eM o m sW a t e r M a z ei nt h eS t u d yo fL e a r n i n ga n dM e m o r y J B r a i nR e s B r a i nR e sR e v 2 0 0 1 ，3 6 ( 1 ) z 6 0 - 9 0 6 朱建华，李加俊，紫桂华，等老年雌性和雄性大鼠学习记忆能 力比较 J 解剖学研究，2 0 0 6 。2 8 ( 1 ) ；3 0 3 2 7 李玉娟，彭书棱，万朝权，等慢性疼痛对幼鼠学习记忆行为及 海马B c l 2 2m

35、R N A 、脑源性生长因子m R N A 的影响 J 中华 儿科杂志。2 0 0 5 ，4 3 ( 6 ) ：4 4 4 8 K a r a a s l a nF ，G o n u lAS ，O g u zA 。e ts 1 P 3 0 0C h a n g e si nM a j o r D e p r e s s i v eD i s o r d e r sw i t ha n dw i t h o u tP s y c h o t i cF e a t u r e s J JA f f e c tD i s o M ，2 0 0 3 ，7 3 ( 3 ) ：2 8 3 - 2 8 7

36、9 吕永良，吴爱勤，李鸣，等老年期抑郁症病人听觉事件相关电 位P 3 0 0 的比较研究口 四川糖神卫生，2 0 0 4 ，1 7 ( I ) ；1 7 1 9 1 0 苏允爱，司天梅，舒良精神分裂症动物模型研究进展 J 中 国神经精神疾病杂志，2 0 0 4 ，3 0 ( 2 ) ；1 5 7 1 5 9 1 1 沈渔邺精神病学 M 北京：北京医科大学出版社，2 0 0 2 t 1 4 3 1 4 4 1 2 H uY ，G u r s o r yE ，C a r d o u n e lA ，e ta 1 B i o l o g i c a lE f f e c t so f S i n g l ea n dR e p e a t e dS w i m m i n gS t r e s si nM a l eR a t s ：B e n e f i c i a lE f f e c t so fG l u c o c o r t i c o i d s J E n d o c r i n e ，2 0 0 0 ，1 3 ( 1 ) ： 1 2 3 - 1 2 9 ( 责任编辑：罗芳) 万方数据