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目的:
糖尿病认知功能减退(DACD)作为糖尿病神经系统的重要并发症已成为目前研究的热点。而木犀草素具有抗氧化、减少氧化应激损伤、抗凋亡和细胞修复等作用,有望成为治疗糖尿病并发症的新药。本研究观察木犀草素是否对STZ诱导的糖尿病认知功能减退模型大鼠有脑保护作用;木犀草素对大鼠的脑组织保护作用是否通过降低氧化应激损伤,抑制细胞凋亡实现的;木犀草素是否通过激活PI3K/Akt信号通路实现神经保护作用做初步的研究。
方法:
1、大鼠尾静脉注射STZ建立糖尿病模型,135只雄性SD大鼠随机分为对照组,糖尿病组及糖尿病木犀草素5,10,25mg/kg(低、中、高剂量组)用药组,糖尿病二甲双胍组及糖尿病抑制剂组;
2、于STZ注射0w,3w,5w,7w,9w,80d检测体重及血糖;
3、给药结束后Morris水迷宫定位航行实验、空间探索实验,检测木犀草素对大鼠学习记忆能力的影响;
4、旷场试验通过检测方格穿行次数及站立次数,判断木犀草素对大鼠探究行为能力的影响;
5、HE染色观察组织形态学变化,观察木犀草素对海马神经元的保护作用;
6、生物化学方法检测木犀草素对大鼠脑组织超氧化物歧化酶(SOD),谷胱甘肽(GSH),脂质过氧化物丙二醛(MDA)水平的影响;
7、应用流式细胞术,采用ROS检测试剂盒检测各组别的ROS表达情况;
8、TUNEL法检测木犀草素对STZ大鼠海马的神经细胞凋亡的保护作用;
9、免疫组化方法及Western blot检测木犀草素对大鼠脑组织凋亡相关蛋白表达的影响;
10、免疫组织化学方法检测大鼠脑组织p-Akt的表达量及表达的部位,并采用Westernblot进一步检测木犀草素对PI3K/Akt细胞信号转导通路的影响。
结果:
1、对照组大鼠无糖尿病症状,生长及营养状况良好。糖尿病组大鼠生长缓慢,污秽无光泽,血糖波动在较高水平(>20mmol/L)。木犀草素低剂量组与糖尿病组比较无明显差异,木犀草素中、高剂量治疗组糖尿病大鼠上述糖尿病症状减轻,血糖降低,与二甲双胍对照组比较无差异。
2、大鼠尾静脉注射STZ后诱导形成糖尿病(DM)模型,经过9周喂养,与对照组大鼠比较出现明显的学习、记忆障碍,Morris水迷宫定位航行实验潜伏期明显延长(p<0.05),空间探索实验目标象限停留时间百分比明显降低(p<0.05);同时Morris水迷宫训练游泳速度及旷场实验方格穿行次数、站立次数与对照组组比较均无明显差异(p>0.05),表明其运动能力、探究能力并未受到损伤和破坏。经木犀草素15天治疗后,低剂量组与DM组比较无改善(p>0.05),中、高剂量组与DM组比较,大鼠的逃逸潜伏期缩短(p<0.05),目标象限停留时间百分比升高(p<0.05),学习记忆障碍改善。二甲双胍治疗组上述结果与糖尿病组中、高剂量治疗组比较,无统计学差异(p>0.05)。
3、海马神经元形态学观察,对照组海马神经元形态完整,排列规则,层次清晰;糖尿病大鼠海马CA1神经元细胞层排列疏散不规则,细胞胞体缩小,胞浆淡染,神经元细胞数较对照组减少(p<0.05);木犀草素干预后,低剂量组无明显改善(p>0.05);木犀草素中、高剂量组与糖尿病组相比较神经元数目增加(p<0.05),细胞完整,排列整齐;二甲双胍治疗组细胞排列整齐,神经元细胞数与中、高剂量治疗组相近,无统计学差异(p>0.05)。
4、糖尿病组大鼠脑组织MDA含量为10.27±1.16 nmol/mg protein,与对照组(4.38±0.42 nmol/mg protein)相比显著升高(p<0.05),木犀草素低剂量治疗组MDA含量(9.42±1.25 nmol/mg protein),与糖尿病组比较无明显改善(p>0.05),而木犀草素中、高剂量治疗组大鼠脑组织的MDA含量则较DM组降低(4.98±0.51,5.17±0.85 nmol/mg protein)(p<0.05),二甲双胍对照组MDA含量(4.81±0.48nmol/mg protein)与木犀草素中、高剂量组无差异(p>0.05)。糖尿病组大鼠脑组织SOD活力及GSH含量检测分别为(60.27±9.16 U/mg protein,21.28±5.20μg/mg protein),与对照组(124.38±10.42 U/mg protein,116.4±9.43μtg/mg protein)相比显著降低(p<0.05),木犀草素低剂量治疗组SOD及GSH结果为(69.42±11.25U/mg protein,25.47±4.83μg/mg protein),而木犀草素中、高剂量治疗组大鼠脑组织的SOD和GSH较DM组大鼠升高(114.98±10.51,118.17±10.85 ng/mg protein,110.80±8.31,108.25±9.16μg/mg protein)(p<0.05),二甲双胍对照组SOD及GSH含量(110.81±9.48 ng/mg protein,123.74±8.27μg/mg protein)与木犀草素中高剂量组无差异(p>0.05)。
5、大鼠海马组织制作单细胞悬液流式细胞术检测ROS,糖尿病组的ROS相对荧光强度为395%,与对照组相比显著升高(p<0.05);木犀草素低剂量组ROS相对荧光强度与糖尿病组比较无明显差异;而木犀草素中、高剂量组ROS相对荧光强度则较糖尿病组降低(210%,228%)(p<0.05),木犀草素二甲双胍组ROS相对荧光强度(204%)与木犀草素中、高剂量组比较无差异(p>0.05)。
6、TUNEL检测神经细胞凋亡,对照组大鼠海马CA1区偶见胞核染色呈阳性的凋亡神经元;糖尿病组可见大量胞核染色呈阳性的凋亡神经元,与对照组比较凋亡细胞数增多(p<0.05);木犀草素低剂量组与糖尿病组比较无显著性差异(p>0.05),木犀草素中、高剂量组和二甲双胍药物对照组大鼠海马CA1区的凋亡细胞数减少,抑制凋亡的程度明显,与糖尿病组比较有显著性差异(p<0.05)。
7、免疫组化染色,观察海马Bax、caspase-3的表达部位及数量,结果显示海马CA1区细胞被染成棕黄色,呈现Bax、caspase-3阳性细胞。对照组大鼠偶见Bax、caspase-3阳性细胞,DM组大鼠海马CA1区显现较多的Bax、caspase-3阳性细胞;木犀草素低剂量组与DM组比较无差异(p>0.05),而木犀草素中、高剂量治疗组大鼠海马CA1区较DM组大鼠Bax、caspase-3阳性细胞显著减少(p<0.05),而与二甲双胍对照组无差异。
8、Western Blot检测海马凋亡相关蛋白caspase-3、caspase-9、AIF、cyto-c、Bax、Bcl-2的表达,DM组检测的凋亡相关蛋白表达增加;药物干预后,木犀草素低剂量组上述凋亡相关蛋白表达无明显改变,木犀草素中、高剂量组上述指标表达量下降(p<0.05),而二甲双胍对照组与木犀草素中、高剂量组比较无差异(p>0.05)。
9、免疫组织化学染色结果显示,对照组海马CA1 p-Akt染色阳性细胞偶见,糖尿病组则有少量表达,木犀草素治疗组p-Akt染色阳性细胞增多,PI3K通路抑制剂组p-Akt阳性细胞数减少。免疫印迹分析结果显示糖尿病组的p-Akt蛋白表达水平较对照组降低,而木犀草素治疗组则显著升高,通路抑制剂组p-Akt的表达量减少。Western blot检测结果显示木犀草素可激活p-Akt表达,而LY294002抑制剂组p-Akt的激活受到抑制,同时凋亡相关蛋白的表达增加,木犀草素的保护作用下降。
结论:
1、木犀草素可改善STZ诱导的糖尿病认知功能减退模型大鼠的学习记忆障碍;
2、木犀草素可降低STZ诱导的糖尿病认知功能减退大鼠海马神经元氧化应激损伤;
3、木犀草素可抑制STZ诱导的糖尿病认知减退大鼠神经元凋亡;
4、木犀草素可能通过激活海马组织PI3K/AKT细胞信号转导通路来发挥上述作用。