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目的:在已建立的人巨细胞病毒(human cytomegalovirus,HCMV)先天性潜伏感染老年小鼠模型基础上,观察了HCMV先天性潜伏感染以及潜伏后再激活感染对大脑皮质细胞凋亡的影响和小鼠大脑皮质AD样病理改变:探求HCMV先天性潜伏感染以及潜伏后再激活感染与大脑皮质凋亡、AD之间的内在联系,以期为AD病因学研究提供新的思路和合适的动物模型。
方法:将已知亲代感染HCMV所生子代小鼠经测试确定有感染后,于屏障级鼠笼内继续饲养。试验分为三组: HCMV 先天性潜伏感染组、HCMV 先天性潜伏感染再激活组(腹腔注射免疫抑制剂环磷酰胺以激活体内潜伏感染的病毒,环磷酰胺剂量为150mg/kg,每6天1次,共3次)、正常对照组。在各组小鼠达18~20月龄时,分别在各组随机选取小鼠5只。按照实验设计处死小鼠,无菌取小鼠大脑皮质并进行下列各项检测。(1)采用细胞共培养方法进行病毒分离、PCR和RT-PCR法检测病毒基因和基因转录的有无确定模型小鼠的感染状态。(2)采用透射电镜检测模型小鼠大脑皮质凋亡形态学改变;取大脑皮质石蜡切片用TUNEL法检测小鼠大脑皮质细胞凋亡;取新鲜大脑皮质组织用机械碾磨加物理吹撤法制成单细胞悬液,流式细胞仪通过检测细胞周期DNA含量来检测小鼠大脑皮质凋亡改变。(3)检测各组老年小鼠AD样病理改变:HE染色检测小鼠大脑皮质组织构筑、病理改变和生物学特性;刚果红染色检测大脑皮质组织中的淀粉样斑块:镀银染色检查大脑皮质组织中的神经原纤维缠结和淀粉样斑块。
结果:
(1)模型小鼠感染状态检测:HCMV先天性潜伏感染组小鼠大脑皮质可以用PCR检测出HCMV IE和UL83的DNA,但RT-PCR检测不出相应的mPNA;HCMV先天性潜伏感染再激活组用PCR、RT-PCR均可检测出相应产物;而正常对照组PCR、RT-PCR结果均为阴性。细胞共培养病毒分离实验发现HCMV先天性潜伏感染组和病毒潜伏感染再激活组老年小鼠大脑皮质神经元病毒在HF细胞内增殖产生特征性细胞病变,而对照组阴性。以上结果说明模型小鼠感染状态与试验设计相符合。
(2)凋亡检测结果:透射电镜检测发现HCMV先天性潜伏感染组和HCMV先天性潜伏感染再激活组部分神经元细胞核染色体发生固缩,核型不规则,核膜表面凹凸不平甚至消失,核物质碎片化。正常对照组未见这些特征性凋亡改变。透射电镜检测同时还发现HCMV先天性潜伏感染组和HCMV先天性潜伏感染再激活组神经元胞浆中的细胞器数量减少,线粒体的嵴消失。
TUNEL 法采用高倍光镜下计10个视野平均阳性细胞数,正常对照组TUNEL阳性细胞数为2.0±0.7(mean±SD),HCMV先天性潜伏感染组TUNEL阳性细胞数为5.2±1.3,HCMV先天性潜伏感染再激活组 TUNEL 阳性细胞数为18.1±3.5。检测结果经T检验发现HCMV先天性潜伏感染组、HCMV先天性潜伏感染再激活组与正常对照组各组间均有明显差异(P<0.05)。
流式细胞仪PI染色检测发现正常对照组大脑皮质凋亡率为 1.75±0.3%,HCMV先天性潜伏感染组大脑皮质凋亡率为4.83±0.96%,HCMV 先天性潜伏感染再激活组大脑皮质凋亡率为 10.09±1.18%。检测结果经T检验发现HCMV先天性潜伏感染组、HCMV先天性潜伏感染再激活组与正常对照组各组均有明显差异(P<0.05)。说明病毒潜伏感染能促进大脑皮质凋亡,病毒再激活后更进一步促进大脑皮质凋亡,造成大脑皮质神经元功能丧失。
(3)病理检测结果:HE染色发现HCMV先天性潜伏感染组大脑皮质神经元细胞核着色较正常对照组浅,神经细胞数大为减少,残有的细胞出现空泡化,突起减少,细胞层数减少。HCMV先天性潜伏感染再激活组小鼠大脑皮质神经元细胞核着色非常浅,细胞核固缩甚至消失。刚果红染色发现HCMV先天性潜伏感染组和HCMV先天性潜伏感染再激活组小鼠大脑皮质中细胞外有淀粉样斑块,正常对照组未见淀粉样斑块。镀银染色试验发现HCMV先天性潜伏感染组和HCMV先天性潜伏感染再激活组的大脑皮质中找到淀粉样斑块,而对照组未发现淀粉样斑块;正常对照组小鼠大脑皮质中仅发现个别的神经原纤维缠结,HCMV先天性潜伏感染组和HCMV先天性潜伏感染再激活组小鼠大脑皮质发现有神经原纤维缠结。
结论:
(1)在成功建立的HCMV先天性老年小鼠中枢神经系统潜伏感染模型基础上,发现HcMV先天性感染可引起AD样病理改变,提示HCMV感染是AD病的重要病原之一。从而为AD病因学研究及其发生机制提供新的思路和新的技术平台。
(2)HCMV先天性感染促进老年小鼠大脑皮质细胞凋亡,使中枢神经系统细胞功能逐渐丧失,从而继发一系列AD样病理改变。这一发现提示先天性HCMV感染诱发AD病的重要途径之一就是促进神经细胞凋亡,为HCMV感染诱发AD病的机制研究提供了理论和实验依据。