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阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)是一种以记忆减退、认知障碍以及人格改变等为临床特征的进行性痴呆,以大脑皮层和海马区域出现老年斑(senile plaques,SP)、神经元纤维缠结(Neurofibrillary tangle,NFT)和营养不良性轴突的改变为病理特征的老年神经变性。SP由β淀粉样蛋白(β-amyloid peptide,Aβ)在细胞外沉积造成,NFT主要成分是过度磷酸化的微管相关蛋白tau。Aβ沉积和tau蛋白异常磷酸化是导致AD神经元丧失及产生痴呆症状的重要因素。但是这些病理变化常常在患者死亡后尸体解剖才得以证实,而在患者的青年时期或发病早期神经系统的病变机制尚不清楚,也使得AD患者难以进行早期治疗和疗效欠佳。
阿尔茨海默病的患病率随年龄增长而上升,且有明显的遗传倾向。资料显示,大约30%的阿尔茨海默病患者有家族遗传性(称为家族性阿尔茨海默病,FAD),提示AD的发病是一个漫长的渐变过程。但在这个过程中,神经细胞的生长发育特点和病理改变十分不清,尤其是那些携带有致病基因的神经干细胞(Neural stem cells,NSCs)、神经细胞的发育和生长的生物学特性尚待研究。
利用人脑NSCs或神经细胞来研究不同发育时期AD的病理特征和治疗方案不仅取材困难,而且受着伦理道德的限制。复制AD的转基因动物模型,可以很好地克服这些问题。目前国际公认APP转基因小鼠是最佳AD动物模型。APP转基因小鼠是根据分子遗传学和胚胎学理论和技术,利用显微注射的方法将 APP基因片段整合入小鼠的基因组中,使得小鼠脑内表达人淀粉样前蛋白(amyloidprecursor protein,APP)基因,通过APP蛋白在大脑中过量表达,导致AB产生增加,产生老年斑,从而造成小鼠老年性痴呆转基因模型。该模型为研究APP代谢、AD的发生和发展及药物对发病进程的干预提供了良好的研究基础。
抑制Aβ沉积和tau蛋白异常磷酸化是治疗AD最根本的措施之一。目前AD的传统治疗措施主要采用作用于胆碱能系统的药物、雌激素、神经营养因子、非甾体抗炎药、抗氧化剂、N-甲基-D-天冬氨酸(N-methyl-D-aspartate,NMDA)受体拮抗剂、抗Aβ药物、改善脑代谢的药物等,但对AD均无满意的效果。我们推测这可能至少有两方面的原因:一是AD的发病机制尚需进一步的探讨,二是需要探索新的治疗药物和治疗时机。虽然已有报道表明,乙酰胆碱等神经递质的变化在AD的发病过程中起重要作用、但是中枢众多的递质改变尚不清楚,尤其是氨基酸类中枢递质和组胺递质在AD中的变化无人研究。因此,本研究首先采用 APP转基因小鼠作为研究对象,通过在体内外的研究探索APP转基因小鼠在发育过程中,神经细胞的生长发育特征和中枢氨基酸类神经递质、组胺的动态变化,进一步揭示AD的发病机制。
中药具有多途径、多靶点、多层次的整合效应,结合现代药理学的优势可能为治疗AD找到的有效药物。人参皂苷Rb1是人参和西洋参的主要成分之一,具有广泛的生理活性和药用价值,具有促智、抗氧化、提高免疫力和增强记忆力等作用,尤其是在改善学习记忆能力和保护神经方面有很好的作用。本实验室前期的体外实验中证实人参皂苷Rb1可以改善Aβ25-35导致的 Tau蛋白过磷酸化,也有一些研究报道了人参皂苷Rb1对Aβ生成、代谢的影响,但所采用的AD模型大多为铝制剂、半乳糖、Aβ等诱导,不仅不能较好地模拟体内病理改变,而且还缺乏系统研究,尤其是对氨基酸类中枢递质和组胺递质的影响未见报道。因此,本研究在APP转基因小鼠体内实验中,探索了Rb1对AD动物行为学、病理学和神经递质表达的综合治疗作用,以期为AD的治疗寻求一条有效的途径。
第一部分 APP转基因小鼠神经干细胞的体外培养及其生物学特性研究。
第二部分人参皂苷Rb1对体外培养APP转基因小鼠神经干细胞的影响及机制研究。
第三部分 APP转基因小鼠发病过程中脑内神经递质和组织病理学特征的研究。
第四部分人参皂苷Rb1对APP转基因小鼠的治疗作用和机制研究。
结论:
1.APP高表达不影响体外培养的NSCs的生长速度和细胞形态,但可引起NSCs诱导分化后的总Tau的表达量增高,细胞凋亡率增高,APP+新生鼠神经干细胞可作为AD发病机制和抗AD药物筛选研究的理想细胞模型。
2.人参皂苷Rb1降低体外培养的APP+鼠NSCs分化细胞的Tau蛋白396和262位点的磷酸化水平,人参皂苷Rb1可上调GSK-38的表达和下调PP2A的表达而影响Tau蛋白磷酸化水平。
3.APP+鼠的中枢神经递质含量和酶表达量与APP-鼠存在明显差异,表现在:APP+鼠中枢组胺含量和HNMT表达量明显升高;APP+鼠AchE活性明显低于APP-鼠,不同月龄APP+鼠AchE活性不同(6和12月龄较低,9月龄较高);氨基酸类递质谷氨酸(Glu),γ-氨基丁酸(GABA),牛磺酸含量无明显变化,APP+鼠甘氨酸(Gly)含量明显高于APP-鼠。
4.人参皂苷Rb1可改善APP模型小鼠的学习记忆能力;降低APP+组脑内APP、AB1-24含量和淀粉样沉淀;降低海马总Tau蛋白和Tau[pS396]、Tau[pS262]的表达;降低AchE活性:降低海马内Gly的含量。