喹硫平对铜腙暴露1周诱导的小鼠脑内神经炎症和少突胶质细胞的作用

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背景和目的:  精神分裂症是一种严重威胁人类生命健康的精神障碍,但其明确的发病机制仍不清楚。研究显示精神分裂症患者脑内存在炎症反应的激活。临床资料提示脑白质损伤与精神分裂症的发生发展相关。另外,炎症参与了脑白质的损伤过程。因此我们可以推测,炎症介导的脑白质损伤可能是精神分裂症的发病机制之一。喹硫平(Quetiapine,QTP)是一种非典型抗精神病药,研究表明喹硫平还有抗炎和保护脑白质的作用。本实验拟以铜腙(Cuprizone,CPZ)暴露的小鼠作为精神分裂症的动物模型,研究喹硫平对小鼠脑内神经炎症和少突胶质细胞(Oligodendrocyte,OL)的作用,分析神经炎症和OLs与精神分裂症之间的关系,探讨喹硫平抗精神病的新药理作用机制。  材料和方法:  实验动物为6周龄的C57BL/6雄性小鼠(由广东省医学实验动物中心提供)。小鼠随机分为4组,每组12只,分别为:1)生理盐水(Normal saline,NS)组:每天一次腹腔注射NS(1 mL/100 g/day),连续2周;2)QTP组:每天一次腹腔注射QTP(10 mg/kg/day),连续2周;3)NS+CPZ组:,每天一次腹腔注射NS,连续2周,并且在第2周喂食含0.2%CPZ(w/w)的饲料;4)QTP+CPZ组:每天一次腹腔注射QTP,连续2周,并且在第2周喂食含0.2%CPZ的饲料。在CPZ暴露结束后,执行旷场实验、Y-迷宫、新鲜物体识别实验观察小鼠的行为学改变。之后每组6只小鼠在麻醉下灌注取脑,行免疫组化染色,计数脑内不同部位OLs的数量;免疫荧光染色,检查脑内不同部位星形胶质细胞和小胶质细胞的变化。余下的每组6只小鼠在麻醉下取新鲜脑组织,执行酶联免疫吸附试验(ELISA),检测脑内的促炎细胞因子TNF-α和IL-6的表达水平,并执行实时荧光定量PCR检测脑内髓鞘OL糖蛋白(Myelin OL glycoprotein,MOG) mRNA水平。实验结果用Excel2003和SPSS17.0统计软件进行分析处理。结果以均数±标准差(?±s)表示,采用方差分析的统计方法,再用LSD检验(通过方差齐性检验)进行组间的多重比较。P<0.05为差别有统计学意义,P<0.01为差别有高度统计学意义。  结果:  1.喹硫平对CPZ暴露1周所致的小鼠行为学改变的作用  (1)旷场实验:CPZ小鼠旷场实验中总路程比正常组增多(P<0.05)。而且QTP组与NS组相比(P<0.05),QTP+CPZ与NS+CPZ组相比(P<0.01),总路程均显著减少。提示喹硫平减少正常小鼠和CPZ小鼠的自发活动。四个组之间中央路程以及中央路程/总路程之间的差异都无统计学意义(P>0.05)。  (2)Y迷宫实验:四个组的入臂总次数(P>0.05)和自发交替率(P>0.05)均无显著差别。  (3)新鲜物体识别实验:四个组之间新物体探索时间/(熟悉物体探索时间+新物体探索时间)的差异无统计学意义(P>0.05)。  2.喹硫平减轻CPZ暴露1周所致的小鼠星形胶质细胞和小胶质细胞激活  用免疫荧光标记anti-GFAP(Glial fibrillary acid protein,胶质纤维样酸性蛋白)检测脑内不同部位星形胶质细胞的变化。在胼胝体、皮质、海马CA1和CA3区,NS+CPZ组比NS组有显著增多的GFAP阳性细胞(P<0.01),QTP+CPZ组和NS+CPZ组比较,差别也有显著性(P<0.05)。尾壳核和海马DG区的统计结果显示NS+CPZ组比NS组有显著增多的GFAP阳性细胞(P<0.01),但是,喹硫平没有缓解此部位星形胶质细胞的激活。  用免疫荧光标记anti-Iba-1(Calcium bingding adaptor molecule-1,钙离子连接蛋白分子-1)检测小胶质细胞的变化。统计结果显示:在胼胝体、尾壳核、皮质、海马CA1、CA3、DG处,NS+CPZ组小鼠小胶质细胞数量均比NS组显著增加(P<0.01),而且QTP+CPZ均比NS+CPZ组明显减少(P<0.01)。  3.喹硫平降低CPZ暴露1周所致的小鼠脑内TNF-α和IL-6的高表达  用ELISA的方法检测小鼠脑内不同部位促炎细胞因子TNF-α和IL-6的水平。TNF-α的结果如下:在尾壳核、皮质,NS+CPZ组比NS组显著升高(P<0.01),QTP+CPZ组与NS+CPZ组相比有所下降(P<0.05)。在海马,四个组的TNF-α表达无明显区别。IL-6的结果如下:在皮质,NS+CPZ组比NS组的表达水平升高(P<0.05),且QTP+CPZ组比NS+CPZ组显著下降(P<0.01)。尾壳核和海马的IL-6水平并无显著区别(P>0.05)。  4.喹硫平缓解CPZ暴露1周所致的小鼠脑内少突胶质细胞减少  用免疫组化标记anti-GST-Pi(Pi form of glutathione-S-transferase,谷胱甘肽硫转移酶-Pi)检测不同脑区OLs的数量。结果显示:在胼胝体,NS+CPZ组较NS组GST-Pi阳性细胞数量显著减少(P<0.01),而QTP+CPZ组较NS+CPZ组数量增加(P<0.05)。皮质、CA1、DG区的结果和胼胝体的相似。在尾壳核,NS+CPZ组与NS组相比,GST-Pi阳性细胞数量显著减少(P<0.01),且QTP+CPZ组也比NS组减少(P<0.05)。在CA3区,四个组之间的差别无统计学意义。  用实时定量PCR的方法分析成熟少突胶质细胞特异蛋白MOG mRNA在不同脑区的表达。在尾壳核,NS+CPZ和NS组相比,MOG mRNA表达显著降低(P<0.01),且QTP+CPZ组也比NS组表达降低(P<0.05)。海马处的结果显示仅NS+CPZ组较NS组降低(P<0.05)。在皮质,NS+CPZ组比NS组显著下降(P<0.01),QTP+CPZ也比NS组显著下降(P<0.01)。  结论:  1. CPZ暴露1周,导致小鼠产生焦虑样行为,喹硫平能改善这种行为。  2.在CPZ暴露1周后,星形胶质细胞和小胶质细胞被显著激活,而且脑内促炎细胞因子TNF-α和IL-6表达升高,喹硫平能减轻这些神经炎症反应,提示该药有抗炎作用。  3.在CPZ暴露1周后,成熟OLs数目减少,MOG mRNA表达下降,喹硫平缓解这些变化,提示该药有保护OLs的作用。  4.综合上述结果,可以认为CPZ暴露可能通过神经炎症介导OLs损伤,进而影响大脑的高级功能,产生精神分裂症样行为。非典型抗精神病药喹硫平可通过抗炎作用和保护受损的OLs,因而改善动物的行为。这些结果提示,喹硫平的抗炎及保护OLs作用可能是其药理机制的重要方面。
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