深部脑经颅刺激对铜腙诱导的C57BL/6小鼠髓鞘损伤的影响及其炎性机制探讨

来源 :汕头大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lang_tianhua
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背景和目的:  重复经颅磁刺激(rTMS)是一种无痛、无创、在大脑外部对神经细胞进行刺激的电生理技术,深部脑经颅刺激(DMS)是经颅磁刺激的一种。精神分裂症的病因复杂,病理机制仍不十分明确。近年来,越来越多的证据表明感染和免疫功能异常可能与精神分裂症的发生发展相关联,小胶质细胞异常活化引起的神经炎症与脑白质损伤有密切的关系。同时,随着rTMS的广泛使用,越来越多的临床证据表明rTMS治疗能够改善精神分裂症患者的幻听及阴性症状。因此我们推测,精神分裂症脑内神经炎症及脑白质损伤是其发病机制之一, rTMS/DMS通过影响脑内炎性过程参与白质保护。为验证该假设,本实验拟以铜腙(Cuprizone,CPZ)暴露小鼠作为精神分裂症脑白质损伤动物模型,研究DMS对小鼠行为、白质损伤以及神经炎症的作用,探讨rTMS/DMS治疗精神分裂症的作用机制。  材料和方法:  实验动物为雄性C57BL/6小鼠,5周龄56只,由广东省医学实验动物中心提供。实验小鼠在动物房饲养一周后,随机分为4组,每组14只,分别为:1)Control组:不给予任何刺激,置于标准实验室条件下饲养;2)CPZ组:给予0.2% CPZ饮食,连续5周;3)CPZ+Sham组:0.2%CPZ饮食,连续5周,并且在第2周开始给予假刺激(只有声音没有磁场)4周;4)CPZ+DMS组:0.2% CPZ饮食,连续5周,并且在第2周开始给予DMS治疗4周。在CPZ饲养及物理干预结束之后,执行旷场实验、社会互动实验和Y-迷宫实验观察小鼠的行为学改变。之后每组7只在麻醉下灌注取脑。用免疫组化的方法检测小鼠脑内MBP蛋白表达来的改变,以及少突胶质细胞(GST-Pi阳性细胞)和小胶质细胞(Ibal-1阳性细胞)数量的改变。余下的每组7只小鼠在麻醉下取新鲜脑组织,进行酶联免疫吸附试验(ELISA),检测脑内细胞因子TNF-α、IL-1β、IL-6及IL-10的浓度。实验结果采用Excel2010和SPSS20.0统计软件进行分析处理。结果以均数±标准误(-X±SE)表示,采用单因素方差分析(One-way ANOVA)的统计学方法,进行方差齐性检验,如果方差齐,再采用LSD检验进行组间两两比较,方差不齐采用Dunnett`s T3检验进行两两比较。P<0.05、P<0.01分别表示为差别有统计学意义、差别有高度统计学意义。  结果:  1. CPZ对小鼠行为学的影响及DMS的干预作用  (1)旷场实验:四组总的路程(P>0.05)、中央路程(P>0.05)及中央活动时间(P>0.05)无显著差异。与正常组相比CPZ组与CPZ+Sham组小鼠中央路程/总路程均降低(P<0.05),而CPZ+DMS组与正常组相比无明显差异(P>0.05),与CPZ+Sham组相比中央路程/总路程显著增加(P<0.01)。提示DMS治疗能改善CPZ诱导的小鼠的焦虑行为。  (2) Y-迷宫实验:四组入臂总次数(P>0.05)无显著差异。CPZ组自发交替率与正常组相比降低(P<0.05),DMS没有改善CPZ诱导的自发交替率下降。  (3)社交互动实验:Control的社交时间大于空笼时间(P<0.05),其他三组社交时间与空笼时间差异没有统计学意义(P>0.05)。社交时间四组之间两两比较结果:CPZ组与Control组差异有统计学意义(P<0.05)。  以上结果表明,CPZ诱导了小鼠的焦虑样行为、空间记忆能力下降和社交回避,而DMS干预可改善焦虑样行为,对空间记忆和社交回避无显著改善作用。  2. DMS缓解CPZ暴露5周所致的小鼠脑内少突胶质细胞减少及髓鞘损伤  用免疫组化标记GST-π(π form of glutathione-S-transferase)检测小鼠不同脑区少突胶质细胞(OLs)的数量。统计结果显示:在皮质层部位,四组少突胶质细胞数量之间的差异无统计学意义(P>0.05)。在尾状核,与Control组相比,其他三组小胶质细胞数量均增加(P<0.05)且三组之间差别无统计学意义。在胼胝体及海马DG、CA3区, CPZ+Sham组比Control组显著减少(P<0.05),CPZ+DMS组与CPZ+Sham组相比较明显增多(P<0.05)。  髓鞘碱性蛋白免疫组化结果表明:在皮质层、尾状核部位,四组MBP蛋白表达差异没有统计学意义(P>0.05)。在海马DG区,CPZ+Sham组比Control组显著减少(P<0.01), CPZ+DMS组与CPZ+Sham组相比较明显增多(P<0.05)。CA3区CPZ+Sham组比Control组显著减少(P<0.01),CPZ+DMS组与Control组相差异没有统计学意义。  结果表明,CPZ处理小鼠可导致部分脑区少突胶质细胞的数量减少、髓鞘蛋白MBP含量降低,DMS干预可部分翻转CPZ的这种改变。  3. DMS减轻CPZ所致的小鼠脑内小胶质细胞活化  用免疫荧光标记Ibal-1(Calcium binding adaptor molecule-1)检测小鼠脑内皮质层、胼胝体、尾状核及海马DG、CA3部位小胶细胞的数量变化。统计结果显示,在皮质层部位,四组小胶质细胞数量之间的差异无统计学意义(P>0.05)。在胼胝体、尾状核处CPZ+Sham组比Control组显著增多(P<0.01),CPZ+DMS组与Control组相比无显著差异(P>0.05),与CPZ+Sham组相比显著减少(P<0.01)。海马DG、CA3处CPZ+Sham组和CPZ+rTMS组均比Control组显著增多(P<0.01),但CPZ+DMS组与CPZ+Sham组相比较显著减少(P<0.01)。  结果表明,CPZ诱导小鼠脑内小胶质细胞激活,DMS干预可以抑制某些脑区CPZ所致活化的小胶质细胞。  4. CPZ暴露5周导致小鼠脑内细胞因子水平升高能被DMS显著抑制  用ELISA的方法检测小鼠脑内TNF-α、IL-1β、IL-6及IL-10的水平。皮质层四组TNF-α、IL-1β、IL-6及IL-10的表达无明显区别。在海马TNF-α、IL-1β、IL-6及IL-10的表达结果如下:CPZ+Sham组比Control组显著升高(P<0.01),CPZ+DMS组与CPZ+Sham组相比较显著降低(P<0.01)。在尾状核区IL-1β、IL-6的表达CPZ+Sham组比Control组明显升高(P<0.05),CPZ+DMS组与Control组相差异没有统计学意义,TNF-α及IL-10的水平四组间差异均没有统计学意义。  结论:  1. CPZ暴露5周小鼠出现焦虑样行为、空间记忆功能降低和社交回避,4周的 DMS干预能减轻小鼠的焦虑样行为,但对空间记忆损害和社交回避无明显改善作用(?)。  2.在CPZ暴露5周后,成熟少突胶质细胞数目减少,髓鞘碱性蛋白水平降低,DMS缓解这些变化,提示该治疗有保护少突胶质细胞的作用  3.在CPZ暴露5周后,海马及胼胝体内小胶质细胞被显著激活,而且海马区促炎性细胞因子TNF-α、IL-1β、IL-6及抑炎性细胞因子IL-10的水平均有显著增加,DMS可降低这些细胞因子的水平,提示其机制可能与炎性过程有关,但需要进一步的实验证实。  综上所述,CPZ可诱导髓鞘损伤,并伴随小鼠的自发活动行为、空间记忆和社交行为的改变。我们认为,CPZ诱导的脑白质损伤是产生精神分裂症样行为的生物学原因之一,而小胶质细胞激活和炎性细胞因子释放等免疫炎症反应可能是脑白质损伤的机制之一。DMS治疗可以通过缓解神经炎症反应保护受损的少突胶质细胞。这些结果提示,DMS治疗具有抗炎及保护少突胶质细胞的作用,这可能是其治疗精神分裂症的潜在机制。
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