摘要背景:阿尔茨海默病(Alzheimer’s Disease,AD)是一种与年龄相关的神经退行性疾病,临床表现为渐进性的学习记忆障碍,严重影响老年人的健康和生活质量,随着社会老龄化加剧,AD也给社会、家庭和个人带来了极大的经济负担。2AD的重要病理特征是细胞外β-淀粉样蛋白(beta-amyloid,Aβ)聚集形成的老年斑、细胞内过度磷酸化的Tau蛋白形成的神经原纤维缠结(Neurofibrillary tangles,NFTs)以及神经元丢失等。目前主要围绕Aβ和Tau病变这两大病理特征进行AD的研究。然而大量旨在消除Aβ沉积的临床试验都不尽如人意,这促使重新考虑目前AD的治疗和研究策略。代谢是细胞内发生各种化学反应的总称,而脑代谢紊乱是AD普遍存在的病理特征,其发生早于认知障碍,甚至早于很多年。近几年,随着代谢组学的兴起,越来越多的研究表明,代谢改变可能在AD的发生发展中起到重要作用。然而,在Tau病变基础上代谢的改变和作用还尚不清楚。<br> 目的:探究AD中Tau病理相关的代谢变化,并通过代谢干预改善AD中学习记忆功能。<br> 方法:本实验以C57/BL6J小鼠(以下简称C57小鼠)和AD模型鼠rTg4510作为实验研究对象。通过文献检索和多种学习记忆相关的行为学检测方法找出并验证rTg4510小鼠发病前后的月龄。通过开放性旷场实验和高架十字迷宫检测小鼠的焦虑状态,通过水迷宫实验、条件性恐惧实验和巴恩斯迷宫实验检测小鼠的学习记忆能力。通过将同样饲养环境同月龄的对照C57小鼠和rTg4510小鼠的脑海马组织进行代谢组学的检测,并对检测的结果进行分析,筛选出重要差异代谢物和代谢途径。利用实时荧光定量聚合酶链反应(Real-time Quantitative polymerase chain reaction,RT-qPCR)进行代谢通路酶的检测进而验证代谢物的改变,并找到显著改变的分子。通过腹腔注射针对代谢改变的药物进行代谢干预。通过上述同样的行为学方法检测相同月龄rTg4510小鼠给药后是否发生学习记忆的改善。通过免疫印迹实验(Western Blot,WB)检测学习记忆的突触相关蛋白是否发生变化,进一步去探索后续可能的分子机制。<br> 结果:经过行为学检测发现3.5月龄rTg4510小鼠未出现学习记忆障碍,而4.5月龄rTg4510小鼠已经出现学习记忆障碍。通过对3.5月龄C57和rTg4510小鼠的脑海马组织进行代谢组学数据分析,发现甘氨酸、丝氨酸、半胱氨酸等代谢物上调,谷胱甘肽和胱硫醚等代谢物下调。进一步对数据分析得到变化比较明显的两条代谢通路,是KEGG代谢通路里面的甘氨酸、丝氨酸和苏氨酸代谢途径,以及谷胱甘肽代谢途径。通过RT-qPCR检测通路中酶的变化进而验证代谢物及代谢通路的变化,发现胱硫醚-γ-裂解酶显著上调,这与其底物胱硫醚的显著下调相一致。使用胱硫醚-γ-裂解酶的常用抑制剂DL-炔丙基甘氨酸(DL-Propargylglycine,PAG)对4月龄C57小鼠和rTg4510小鼠分组进行PAG腹腔给药,4.5月龄检测,发现PAG腹腔注射后对C57小鼠的胱硫醚含量没有影响,而提高了rTg4510小鼠的胱硫醚含量,PAG腹腔注射对C57小鼠的学习记忆没有影响,而改善了rTg4510小鼠的学习记忆障碍。通过WB检测突触相关蛋白的表达水平,发现给予PAG的rTg4510小鼠的AMPA受体2(Glutamate receptor2,GluA2)的表达水平显著增高。<br> 结论:本研究表明,3.5月龄rTg4510小鼠脑海马中胱硫醚水平显著下调,而胱硫醚-γ-裂解酶显著上调。PAG抑制胱硫醚-γ-裂解酶可提高rTg4510小鼠的胱硫醚含量,改善rTg4510小鼠的学习记忆障碍,说明胱硫醚代谢通路在AD学习记忆中发挥重要作用。另外,给予PAG后能够逆转rTg4510小鼠中GluA2的表达水平,提示可能是通过影响GluA2来影响rTg4510小鼠的学习记忆功能。
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