浅析BDNF改善痴呆老龄鼠记忆障碍CA1区GRAYⅠ型突触结构相关参数的变化.pdf

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1、2 0 1 0 年6 月 第2 0 卷第6 期 中国比较医学杂志 C H I N E S EJ O U R N A LO FC O M P A R A I “ I V EM E D I C I N E J u n e ，2 0 1 0 V 0 1 2 0N o 6 浅析B D N F 改善痴呆老龄鼠记忆障碍 C A l 区G r a yI 型突触结构相关参数的变化 王丽萍1 ，王靖宇2 ，姜长斌3 ( 1 大连大学附属中山医院，大连1 1 6 0 0 1 ； 2 大连医科大学实验动物中心，大连1 1 6 0 0 13 大连医科大学第二临床医院，大连1 1 6 0 2 7 ) 【摘要】目的探讨B

2、 D N F ( B r a i nd e r i v e dn e u r o t r o p h i cf a c t o r ) 改善痴呆老龄鼠记忆障碍的机制。方法利用 M o r r i s 迷宫试验观察脑内微量注射B D N F 对痴呆小鼠自发活动和记忆巩固过程的影响，应用透射电镜和形态计量 学分析痴呆老龄鼠海马G r a yI 型突触的突出结构参数的变化。结果 B D N F 使痴呆小鼠在新异环境中的自发活 动和探究行为明显增多；并显著延长电击后2 4h 的步入潜伏期( S T L ) ；B D N F 使痴呆老龄鼠海马C A I 区G r a yI 型 突触的体积密度、面积密度、

3、比表面和面数密度较治疗前增大，突触平均面积增大；突出界面曲率、突出间隙宽度、 突出后致密物质均较治疗前增大，而较正常对照组减小。结论突触结构的变化和突出数量的减少是痴呆发病的 病理机制之一；B D N F 能够促进突触重建，改善痴呆老龄鼠的学习记忆。 【关键词】老年性痴呆；脑源性神经营养因子；海马；突触 【中圈分类号】R 一3 3【文献标识码】A【文章编号】1 6 7 1 - 7 8 5 6 ( 2 0 1 0 ) 0 6 4 ) 0 2 6 - 0 3 A n a l y s e so ft h eE f f e c t so fB D N Fo nM e m o r y A b i l i

4、 t yi nD e m e n t i aS e n i l eM i c e SG r a yIo fC A 1A r e a W A N GL i p i n 9 1 ，W A N GJ i n g y u 2 ，J I A N GC h a n g b i n 3 ( 1 A f f i l i a t e dZ h o n g - s h a nH o s p i t a lo ft h eD a l i a nU n i v e r s i t y ，D a l i a n1 1 6 0 0 1 ，C h i n a ； 2 L a b o r a t o r yA n i m a

5、 lC e n t e ro ft h eD a l i a nM e d i c a lU n i v e r s i t y ，D a l i a nl1 6 0 2 7 ，C h i n a ； 3 T h eS e c o n dA f f i l i a t e dH o s p i t a lo fD a l i a nM e d i c a lU n i v e r s i t y ，D a l i a n116 0 2 7 ，C h i n a ) 【A b s t r a c t 】O b j e c t i v e T oe x p l o r et h em e c h

6、a n i s mo ft h eB D N Fo ns e n i l ed e m e n t i am i c e M e t h o dT h es e n i l e d e m e n t i am i c ew e r et e s t e db yM o r r i sw a t e rm a z e T h ec h a n g e so ft h eh i p p o c a m p u ss y n a p t i cs t r u c t u r a lp a r a m e t e r sa n dG r a y t y p e1w e r es t u d i e

7、dw i t ht 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 ea n dm o r p hm e t r i ca n a l y s i s R e s u l t T h es p o n t a n e o u sa c t i v i t ya n d e x p l o r a t o r yb e h a v i o ri n t h en e wa n da b n o r m a le n v i r o n m e n tw e r eo b v i o u s l yi n c r e a s e d T

8、h es t e p t h r o u # l a t e n c y ( S T L ) W a s p r o l o n g e ds i g n i f i c a n t l ya f t e re l e c t r i c a ls t i m u l a t i o n A f t e rt r e a t m e n tb yB D N Ft h ev o l u m ed e n s i t yo n a r e ao fG r a yt y p eI s y n a p s e si nC A Is e c t o ro fh i p p o c a m p u sw

9、e r ei n c r e a s e ds i g n i f i c a n t l y ，t h ep a r a m e t e r sw e r ed e c r e a s e dc o m p a r e dw i t ht h en o r m a l m i c e E s p e c i a l l y ，t h ec u r v a t u r eo fs y n a p t i c i n t e r f a c e ，t h ew i d t ho fs y n a p t i cc l e f ta n dt h et h i c k n e s so fp o

10、s t s y n a p t i cd e n s i t y w e r ei n c r e a s e dc o m p a r e dw i t ht h ec o n t r o lg r o u p ，w h i l et h ep a r a m e t e r sw e r ed e c r e a s e dc o m p a r e dw i t ht h en o r m a lm i c e C o n c l u s i o nT h ec h a n g eo ft h es y n a p t i cs t r u c t u r ea n dd e c r e

11、 a s ei nt h es y n a p t i cn u m b e ri so n eo ft h er e a s o n so nd e m e n t i a p a t h o l o g i c a lm e c h a n i s m B D N FC a np r o m o t es y n a p t i cr e c o n s t r u c t i o na n di m p r o v et h em e m o r yo fs e n i l ed e m e n t i am i c e 【K e yw o r d s 】 A I z h e i m e

12、 r Sd i s e a s e ；B r a i nd e r i v e dn e u r o t r o p h i cf a c t o r ( B D N F ) ；H i p p o e a m p u s ；S y n a p t i c 脑源性神经营养因子是神经生长因子家族中的一员；是神经生长和功能活动必须的多肽类因 【基金项目 辽宁省科技计划项目( 2 0 0 5 4 0 8 0 0 2 0 大连市科技计划项目( 2 0 0 5 E 1 1 S F 0 0 6 ) 。 【作者简介】王丽萍( 1 9 6 8 一) ，硕士，神经内科副教授，副主任医师。 万方数据 中国比较医学杂

13、志2 0 1 0 年6 月第2 0 卷第6 期C h i nJC o m p M e d ，J u n e2 0 1 0 ，V 0 1 2 0 N o 6 2 7 子，存在于神经系统，且能够在脑内选择性作用于 前脑胆碱能神经元。它对老年性痴呆( A l z h e i m e r s d i s e a s e ) 的防治作用受到国内外学者的关注。我们 以往的实验证明，N G F 可以改善痴呆老龄鼠的学 习记忆功能，考虑到学习记忆与神经元突触改变有 关，本工作进一部观察了B D N F 改善痴呆老龄鼠记 忆障碍同时，探讨相关区域神经突触的变化。对揭 示B D N F 在痴呆治疗的相关形态学变化

14、中的作用具 有重要意义。 1 材料和方法 1 1 实验对象 本工作选用1 8 月龄9 0 只( S P F ) 级I C R 小鼠， 在大连医科大学实验动物中心进行相关实验 生产 许可证号：S C X K ( 辽) 2 0 0 8 0 0 0 2 使用许可证号： S Y X K ( 辽) 2 0 0 8 0 0 0 2 。体重4 8 3 5g 。室温， 自由进食饮水，1 2h 昼夜。 1 2 实验方法 以M o r r i s 水迷宫试验测试小鼠空间学习记忆， 证实存在智能障碍，并分为用药组和对照组。 1 3 脑内微量注射 按文献B 1 报道方法进行定位，以微量泵进行海 马内注射。 1 4 电

15、镜样品制备 取治疗组、对照组和正常组各2 0 只，用脊髓离 断法将小鼠处死，使脑组织充分固定取脑。行常规 电镜包埋与轴铅双染色，每份标本观察3 张铜网，每 张铜网由左上向右下移动，并随机拍摄5 张1 0 0 0 0 倍显微照片，在经光学放大至3 0 0 0 0 倍。 1 5 形态计量方法 在放大3 0 0 0 0 倍条件下，按郑富盛方格点阵计 数及截距法“ 1 和龚云等p 1 方法对G r a yI 型突触的 体积密度( V v ) 、面积密度( S v ) 、比表面( 6 ) 平均面 积( A ) 面数密度( N 。) ，突触界面曲率、突触间隙宽 度及突触后致密物厚度等结构参数进行计量分析，

16、 用S P S S 软件包统计，求得平均值，标准差，行 检验。 2结果 2 1 逃避潜伏期比较 行为空间记忆两组痴呆老龄鼠用药后自发运 动减少，食欲不振，对外界刺激反应迟钝。治疗组 术后4 8h 死亡3 只，对照组术后4 8h 内死亡2 只， 治疗前各组潜伏期延长。治疗后对照组无明显改 变。B D N F 组治疗后潜伏期缩短。表1 结果显示治 疗组及对照组与正常组比较小鼠均存在空间记忆 障碍( P 0 0 5 N o r e ：P 0 0 5v en o r m a l 万方数据 2 8 中国比较医学杂志2 0 1 0 年6 月第2 0 卷第6 期C h i nJC o m pM e d ，J

17、 u n e2 0 1 0 ，V 0 1 2 0 N o 6 2 3 突触结构相关参数的变化 痴呆老龄鼠海马C A l 区G r a yI 型突触结构相 关参数；治疗后突触界面曲率无明显变化，突触间 隙变窄，突触后膜致密物质增加( 表3 ) 。学习记忆 减退时突触间隙增大63 本实验在痴呆老龄鼠海马 C A l 区G r a yI 型突触的突触间隙变宽( 图1 ) ，治疗 后突触数量增加同时突触间隙变窄( P 0 0 5 N o t e ：P 0 0 5v 8 l l o r m a l 3 讨论 B D N F 对周围和中枢神经元有广泛的作用1 。 B D N F 通过与突触后膜受体结合能促

18、进背根节、三 叉神经节、节状节、三叉神经中脑核等感觉神经元 的存活和突起的生长。B D N F 通过不同的途径分别 促进不同的基因表达或蛋白合成，发挥着不同的作 用“ 。B D N F 主要促经胞体的发育与相关报道一 致旧1 。因此，B D N F 对神经元损伤修复与再生起重 要作用，具有广泛的临床应用价值B D N F 被认为是 一种由感觉神经元释放的顺行性营养信息因子来 影响N G F 和调节感受伤害信息的反应它可能具有 改善智能的作用1 。外源性B D N F 可以减少脊髓内 运动神经元的死亡1 。B D N F 有可能通过其受体而 发挥存活与再生效应。 学习记忆功能减退是脑老化的一个重

19、要表现， B D N F 与中枢神经系统突触的结构和功能的可塑性 密切相关 2 。衰老时突触数量减少，结构异常及长 时程突触后电位增强( L T P ) 的快速衰减，在 A l z h e i m e r 病患者某些脑区也发生突出数量减少等 改变1 。突触是神经元之间结构和功能的接触点， 它的结构和功能的完整对于保证神经元获得信息 传递、加工和贮存的顺利进行是非常重要的。突触 丢失是痴呆学习记忆减退的神经机制之一。突触 平均面积增大，一方面残留的突触细胞通过增加自 身面积( 平均增加4 0 2 0 ) 增加其与受体结合的功 能，另一方面胞体增加导致其表面积增加，最终学 习记忆状况得以改善。与正

20、常组比较B D N F 组相关 突触结构参数无明显差异性( P 0 0 5 ) 说明海马 G r a yI 区突触结构明显改变，从而只能得以改善， B D N F 治疗痴呆可能会达到治本的目的。 本试验提示痴呆老龄鼠海马突触面数密度、面 积密度和体密度下降( P 0 0 1 ) 与衰老和 A l z h e i m e r 病脑组织突触的结构参数变化结果是一 致的。突触界面曲率是突触结构可塑性的一个重 要参数，较大的突触曲率可扩大接触面，保证其释 放的递质到达靶部位，减少向周围间隙扩散，提高 突触传递效应1 。痴呆老龄鼠突触界面曲率减小， 减少了神经元的接触面，大大降低了神经信息传递 的有效性

21、，从而导致学习记忆能力下降。而治疗 后，曲率变化明显( P 0 0 5 ) 胞体增大。受体增 加，症状改善。 突触后膜致密物质衰老使海马C A l 突触后膜 致密物厚度减小，提示突触后膜上受体与离子通道 等发生变化，从而在功能上影响突触传递的效率， 学习记忆能力减退。B D N F 治疗痴呆的作用机制可 能与其增加突触结构及相应参数有关，而治疗后与 正常组比较无显著差异性说明B D N F 对痴呆的治疗 有效。 我们以往的研究表明，B D N F 可以使皮层、海马 区域酶活性恢复一1 。结合本次试验结果，是否可以 推测B D N F 可以改善突触结构，使相应受体与N G F 结合，从而发挥生物

22、学作用。另外，本次试验还提 示G r a yI 型突触内部分子结构可能发生变化，因此 对于迸一步在分子水平探讨老年痴呆学习记忆障 碍的神经病理机制有重要意义。 参考文献： 1 邱泽文，王丽萍，姜春玲。等外源性N C F 对痴呆老龄鼠P 物 质与C h A T I R 表达的影响 J 中国比较医学杂志，2 0 0 6 。1 6 ( 1 2 ) ：7 2 0 7 2 2 2 郑富盛细胞形态立体计量学 M 北京：北京医科大学中 国协和医科大学联合出版社，1 9 9 0 ：1 6 3 龚云，冯慎远锌对大鼠学习记忆的影响及其与海马C A 3 区 和大脑皮质感觉运动区突触界面结构的相关性研究 J 解 剖学

23、杂志，2 0 0 0 ，2 3 ( 1 ) ：“1 ( 下转第3 8 页) 万方数据 3 8 中国比较医学杂志2 0 1 0 年6 月第2 0 卷第6 期C h i nJC o m pM e d ，J u n e2 0 1 0 ，V 0 1 2 0 N o 6 ( 上接第2 8 页) 4 J a m e sR T ，R o r yC ，V i v i e nW ，e ta 1 A x o t o m yu p r e g u l a t e st h e a n t e r o g a d et r a n s p o r ta n de x p r e s s i o no fb r a i

24、 n d e r i v e dn e u r o t r o p h i c f a c t o rb ys e n s o r yn e u r o n s J N e u r o s c i ，1 9 9 8 ，1 8 ( 1 1 ) ：4 3 7 4 4 3 8 3 5 H y m a nR A ，H o f e rM ，B a r d eY A ，e ta 1 B D N Fi san e u r o t r e p h i c f a c t o rf o rd o p a m i n t e r g i cn e u r o n so fs u b s t a n t i an

25、i g r a J N a t u r e ， 1 9 9 1 ，3 5 0 ：2 3 0 6 】刘丽敏，黄海霞B D N F 和N T - 3 对胚胎大鼠脊髓神经元生长 发育的影响 J 首都医科大学学报，2 0 0 2 ，2 3 ( 3 ) ：2 0 1 2 0 5 7 G e i n i s m a nY S t r u c t u r a ls y n a p t i cm o d i f i c a t i o n sa s s o c i a t e dw i t h 8 】 9 h i p p o c a m p a lL T Pa n db e h a v i o r a ll

26、e a r n i n g J C e r e b r a lC o r t e x ， 2 0 0 0 。1 0 ( 1 0 ) ：9 5 2 9 6 2 M a r t o n eM E ，H uB R ，E l l i s m a nM H A l t e r a t i o n so fh i p p o e a m p a l p o s t s y n a p t i c d e n s i t i c sf o l l o w i n gt r a n s i e n t i s c h e m i a J 】 H i p p o c a m p u s 。2 0 0 0 ，1

27、0 ( 5 ) ：6 1 0 王丽萍，王海霞，姜长斌，等脑源性神经生长因子对老龄鼠 智能影响的探讨 J 中国比较医学杂志，2 0 0 7 ，8 ：4 8 1 【修回日期) 2 0 1 0 - 0 3 - 0 5 ( 上接第2 0 页) 4 赵龙风，韩德五肝病患者内毒索血症的临床意义 J 世界 华人消化杂志，1 9 9 9 ，7 ( 5 ) ：3 9 1 3 9 3 5 Q u r e s h iS T ，L a r i v i e r eL ，L e v e q u eG ，e ta 1 E n d o t o x i n t o l e r a n t m i c eh a v em u t

28、 a t i o n si nT o l l - l i k er e c e p t o r4 ( T i t 4 ) J JE x p M e d ，1 9 9 9 ，1 8 9 ( 4 ) ：6 1 5 6 2 5 6 Q i nL ，L iG ，Q i a nX ，e ta LI n t e r a c t i v er o l e o ft h et o l l - l i k e r e c e p t o r4a n dr e a c t i v eo x y g e ns p e c i e si nL P S i n d u c e dm i c r o g l i a a

29、c t i v a t i o n J G l i a ，2 0 0 5 ，5 2 ( 1 ) ：7 8 8 4 7 张德明，毛宝龄内毒素耐受性与T L R 4 信号通路 J 生理科 学进展，2 0 0 3 ，3 4 ( 3 ) ：2 7 7 2 7 9 8 S a f a d iR 。F r i e d m a nS L H e p a t i cf i b r o s i s r o l eo fh e p a t i cs t e l l a t e 9 1 0 c e l la c t i v a t i o n J M e d s c a p eG e n n e n dM e d

30、i c i n e ，2 0 0 2 ，4 ( 3 ) ：2 7 S p r u s sA ，K a n u r iG ，W a g n e r b e r g e rS ，e ta 1 T o l l - l i k er e c e p t o r4 i si n v o l v e di nt h e d e v e l o p m e n to f f r u c t o s e i n d u c e d h e p a t i c s t e a t o s i si nm i c e J H e p a t o l o g y 2 0 0 9 ，5 0 ( 4 ) ：1 0 0

31、4 1 0 0 6 H i r o n a k aK ，S a k a i d aI ，U e h i d aK ，e ta 1 C o r r e l a t i o nb e t w e e n s t e l l a t ee e l la c t i v a t i o na n ds e r u mf i b r o s i sm a r k e r si nc h o l i n e - d e f i c i e n tL - a m i n oa c i d d e f i n e dd i e t - i n d u c e dr a tl i v e rf i b r o

32、s i s J D i gD i sS c i 2 0 0 0 ，4 5 ( 1 0 ) ：1 9 3 5 1 9 4 3 修回日期 2 0 1 0 - 0 1 - 1 4 万方数据 王南掉等浅析B D N F 改善痴呆老龄鼠记忆障碍C A I 区G r a yI 型突触结构相美参数的变化 l 正文见第2 6 页I W A N GL i - p i n g , e ta lA n a l y s e so f t h eE f f e c t so f B D N Fo n M e m o r y A b i l i t y i nD e m e n t i aS e n i l e M i

33、c e sG r a yJo f C A IA r e a ( F u l ll e x to np a g e2 6 ) 围1 “ 照日自皋老龄鼠G r a yI 目突触问障瘦宽( 日 镜x l S O O O x 2 1 1S y n a p t l c t i v ez o n e ( n m ) w b m 8 0 e ni nG n y If E I “t r i cm i cr 蛳o p e x l5 0 0 0 x 2 1 目2 精口B * * 8 日镕m M 目兜触目隙变窄( 电镜x 1 5 0 _ 0 0 x 2 l F 电2S y l ”p t i ca c l i v e

34、z o n e ( m ) a r l wd o d5 ”a 州c i n c di n0 “ I ( E 1 茁呲m i c r o s e o p e x l5 0 0 0 x 2 ) 黄小琼等已烯雌酚对免疫性卵巢早衰小鼠卵巢细胞凋亡的影响( 正文见第3 9 页) H U A N GX i a o - q i o n 8da l _ T h eE f f e c to f D i e t h y l s t i l b e s t r o l ( D E S 、o nt h eO v a r yA p o p t o s i si nI r i l l n u n e P r e m a t u r eO v a r i a nF a i l u r eM i c e ( F u l lt e x to np a g e3 9 ) 季。蠢篾? I + j ，：3 。 j ? 一? 。 万方数据