文拉法辛对血管性痴呆大鼠认知功能及皮层神经可塑性影响

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背景:  血管性痴呆(Vascular Dementia,VaD)是由各种脑血管疾病引起的智能障碍综合征,多继发于脑动脉粥样硬化、脑卒中等,在老龄人群痴呆中的发病率仅次于阿尔茨海默病(Alzheimer’s Disease,AD)。随着人口老龄化和心血管疾病的高发,VaD的患病率在近十年内将持续升高。VaD的发病机制与缺血性脑损伤所致的神经元退行性变、神经元凋亡和坏死等相关,然而更深入的细胞学和分子学机制尚不明确。临床治疗原则主要是控制危险因素,包括控制血压、血糖、血脂、戒烟、抗血小板聚集药物治疗等预防脑卒中的发生,由于目前缺乏治疗 VaD的特异性药物,临床研究证实AD有效的药物虽然能在一定程度上缓解VaD症状,但治疗效果不佳。  脑源性神经营养因子(Brain-derived neurotrophic factor BDNF),是神经生长因子家族中表达最为丰富的成员,不仅对神经元正常功能的维持发挥作用,而且对神经元损伤后的修复也发挥着重要的作用,如促进神经元的存活、生长、分化和可塑性等。研究发现BDNF能调节GAP-43及突触素的表达。Gap-43蛋白是一种膜相关磷蛋白,主要表达于发育或再生轴突的生长锥内,因此可作为神经再生的标志【1】。突触素是一种与突触囊泡相连的磷酸蛋白,其为突触的特异性标记物之一,能反应出突触的含量及分布【2】。三者在神经发育及可塑性中发挥着重要作用。文拉法辛是一种新型的抗抑郁药,其主要药理机制为抑制神经突触前膜对5-TH及去甲肾上腺素的再摄取【3】。值得一提的是,已经有研究显示文拉法辛可提高抑郁患者脑内BDNF蛋白的含量,从而改善患者的认知功能。然而,通过使用盐酸文拉法辛提高血管性痴呆患者脑内 BDNF蛋白的含量,从而促进神经修复改善患者认知功能还未有研究报道,因此探索盐酸文拉法辛对血管性痴呆的疗效及作用机制的研究具有重要意义。  目的:  本课题以大鼠永久性双侧颈总动脉阻断(BCCAo)建立血管性痴呆模型,观察大鼠BCCAo术后认知功能改变、神经可塑性改变的发生机制,并观察抗抑郁药物盐酸文拉法辛对血管性痴呆大鼠脑组织 BDNF,GAP-43,突触素表达的影响及其行为学作用,探讨盐酸文拉法辛对血管性痴呆大鼠大脑神经可塑性和认知功能影响以及其潜在作用机制。  方法:  1动物分组及血管性痴呆动物模型建立  1.1分组  180只wistar大鼠随机分成六组,文拉法辛1组(Venlafaxine5mg/kg.dgroup,n=30),文拉法辛2组(Venlafaxine15mg/kg.dgroup,n=30),文拉法辛3组(Venlafaxine20mg/kg.dgroup,n=30),血管痴呆大鼠(VaD group,n=30),安慰剂组(VaD-Placebo group,n=30),假手术组(sham-operated group,SO group,n=30)。1.2建立大鼠血管性痴呆模型(Bilateral Common Carotid Arteries occlusion,BCCAo)  10%水合氯醛腹腔注射麻醉后,大鼠颈前正中行一纵形切口,钝性分离皮下组织,肌肉暴露双侧颈总动脉和迷走神经,钝性分离双侧颈总动脉和迷走神经并用1号非吸收性丝线对颈总动脉进行双重结扎,假手术组大鼠只分离颈总动脉及迷走神经但不结扎双侧颈总动脉。  1.3药物干预  文拉法辛1组,文拉法辛2组,文拉法辛3组及安慰剂组大鼠在BCCAo术后24小时开始灌胃给药,每日固定于上午9:00~10:00给药。分别在1周,2周,3周,4周处死大鼠。假手术组及血管痴呆组大鼠 BCCAo术后不给于任何药物干预。  2 Morris水迷宫实验行为学观察  观察血管痴呆大鼠及文拉法辛对BCCAo术后大鼠空间学习、记忆的干预作用。  假手术组,安慰剂组,血管痴呆组,文拉法辛1组,文拉法辛2组,文拉法辛3组用药1周,2周,3周,4周后进行Morris水迷宫实验,记录定位航行试验中大鼠找到逃生平台的平均逃避潜伏期(MeanEscape Latency Time,MELT)和空间探索试验中大鼠在目标象限的平均搜寻时间(MeanTime In Target Quadrant,MTiTQ)以此评估大鼠的运动、空间学习、记忆能力。  3文拉法辛干预后大鼠海马、皮层的神经病理学观察  3.1脑组织取材、石蜡包埋和制片  BCCAo术后第二天开始给予文拉法辛、安慰剂灌胃,分别在用药1周,2周,3周,4周后从假手术组、血管痴呆组、安慰剂组和文拉法辛组中各取5只大鼠,水迷宫测试后进行过度麻醉后经心脏灌注固定,断头取前脑及海马区,自视交叉后3mm处冠状位切取约3mm厚度脑组织,海马包含在内。梯度酒精脱水、透明、浸蜡、包埋。  3.2神经病理学染色  石蜡组织作冠状位连续切片(2μm),苏木素-伊红染色后在光学显微镜高倍镜(400×)下观察。  4免疫组织化学检测大鼠海马CA1区、皮层神经元BDNF,GAP-43,  突触素蛋白的表达  观察慢性脑缺血皮层区及海马区CA1区神经元BDNF、GAP-43、突触素蛋白表达的动态变化及脑缺血后给予文拉法辛干预对大鼠海马 CA1区、皮层神经元BDNF、GAP-43、突触素蛋白表达水平的影响。  石蜡切片经脱蜡、水化和高压修复后,以EnVision酶免疫组化法检测海马CA1区、皮层神经元BDNF、GAP-43、突触素的表达。  5统计学分析  应用上海欣软信息科技有限公司开发的 SuperMaze动物行为学视频分析系统分析Morris水迷宫实验过程中采集到的大鼠运动轨迹;应用ImagePro Plus图文分析系统采集组织病理、免疫组化图片及进行免疫组化平均光密度分析。应用SPSS13.0统计软件对实验数据进行分析,采用Kolmogorov-Smirnov正态性检验和Levene方差齐性检验,符合正态分布的资料以均数±标准差(χ±s)表示;Morris水迷宫实验数据采用单因素重复测量的方差分析,首先对重复测量数据进行球性检验(Mauchly’s test of sphericity)。当资料不满足Mauchly’s球对称性检验时采用Greenhouse-Geisser法校正自由度;其余正态分布资料方差齐性采用ANOVA,方差不齐采用Welch校正检验,多重比较方差齐性采用LSD检验,方差不齐采用Dunnett’s T3检验。所有统计学结果以P<0.05为差异具有显著统计学意义。  结果:  1 Morris水迷宫行为学分析结果  1.1在定位航行试验中血管性痴呆组、假手术组、文拉法辛1组,文拉法辛2组,文拉法辛3组以及安慰剂组大鼠的平均游泳速度无统计学差异(P>0.05),提示BCCAo诱导的血管性痴呆大鼠不存在明显运动功能障碍。  1.2在定位航行试验中VaD大鼠1~4周的平均逃避潜伏期(MELT)较假手术组大鼠明显延长(P<0.05),在空间探索试验中目标象限的平均搜寻时间(MTiTQ)则较假手术组明显缩短(P<0.001),提示VaD大鼠存在空间学习和记忆障碍。1.3在定位航行试验中文拉法辛1组及文拉法辛2组分别在用药3周和2周后VaD大鼠 MELT明显缩短,与安慰剂组相比 p<0.05;在空间探索试验中,文拉法辛1及文拉法辛2组干预3周后其在目标象限的平均搜索时间较安慰剂组显著延长(P<0.05).提示文拉法辛5mg/kg.d及盐酸文拉法辛15mg/kg.d干预3周后能明显改善VaD大鼠空间学习和记忆功能。  2海马CA1区、皮层组织病理学观察结果  在BCCAo术后1周、2周、3周和4周,血管性痴呆组大鼠皮层及海马CA1区神经元变性、坏死随缺血时间延长逐渐加重,VaD组海马CA1区锥体神经元计数进行性减少(P<0.01)。  3海马CA1区、皮层BDNF,GAP-43,突触素免疫组化检测结果  3.1免疫组化显示海马CA1区及皮层区神经元胞浆及胞核内BDNF蛋白在术后1周表达量出现短暂性的增高(图3-3-3C1,图3-3-3D1,P<0.05),术后3~4周表达量明显减少(图3-3-3C3、图3-3-3C4,P<0.01;图3-3-3D4,P<0.05)。皮层区GAP-43及突触素免疫组化显示在术后1周均高于假手术组,但随时间的延长表达量逐渐下降(图3-3-4)。  3.2 BCCAo术后给予文拉法辛干预,文拉法辛处理组大鼠海马、皮层神经元BDNF蛋白在用药后2~4周表达量均较安慰剂组增多(图3-3-7F2~F4,P<0.01;图3-3-8N2~N4,P<0.01);皮层区GAP-43蛋白在用药3周,4周后较安慰剂组表达量显著增多(图3-3-11H3,H4;P<0.05)  结论:  1双侧颈总动脉阻断术后1~4周,血管性痴呆大鼠在Morris水迷宫实验中表现出明显空间学习和记忆缺损,该症状与海马、皮层缺血性神经损伤相伴随,随脑缺血时间延长进行性加重。  2 BCCAo术后海马、皮层BDNF、GAP-43、突触素在脑缺血早期出现短暂性表达增高,可能为中枢神经系统对缺血性脑损伤后代偿性的神经保护作用有关。  3 BCCAo术后早期给予文拉法辛3周及4周后,VaD大鼠在Morris水迷宫实验中的平均逃避潜伏期缩短,在目标象限的平均搜索时间有所延长,提示5mg/kg.d及15mg/kg.d的盐酸文拉法辛可改善大鼠的空间学习和记忆功能。  4 BCCAo术后早期给予文拉法辛干预2~4周后,皮层及海马区BDNF表达均较安慰剂对照组增多;皮层区GAP-43的表达量较安慰剂组明显增多,推测文拉法辛改善缺血性脑损伤后认知障碍的机制可能与5-HT调整BDNF表达,两者共同促进神经元存活,促进神经重塑有关。
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