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APP17肽对脑缺血大鼠记忆能力及海马Bcl-2和Bax蛋白表达的影响

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中华老年 脑血管病杂志2007年5月第9卷第5期ch.m JGerialrHem't BlainVe ̄elDis,hhy2007,Vol9,No.5 ・311・ .认知功能障碍研究. APP17肽对脑缺血大鼠记忆能力及海马Bcl一2和 Bax蛋白表达的影响 张馨,张昱,孙蓉,何雨 (吉林大学第一医院神经内科,吉林长春130021) 摘要:目的研究APP17肽对脑缺血大鼠记忆能力及海马Bc1.2和Bax蛋白表达的影响。方法采用双侧颈总动脉 结扎方法制备前脑缺血致血管性痴呆大鼠模型,将大鼠随机分为假手术纽、手术组和治疗组,每组24只,并观察 17肽的保护作用,采用Morirs水迷宫检测记忆能力,免疫组织化学检测海马Bc1.2和Bax蛋白表达。结果 手 术组与假手术组比较,记忆能力明显下降(P<0.01),Bc1.2和Bax免疫阳性细胞数增多(P<0.01),治疗组较手术 组记忆功能改善明显(P<0.01)。Be1.2免疫阳性细胞数明显增多(P<0.01),Bax免疫阳性细胞数明显减少(P< 0.01)。结论APP17肽可能通过调节Bc1.2和Bax蛋白表达来抑制细胞凋亡,从而改善脑缺血大鼠的记忆能力。 关键词:脑缺血;记忆;基因,bc1.2;海马;痴呆,血管性 中图分类号:R743.3 文献标识码:A 文章编号:1009.0125{2007)05.0311.03 Effects of APP17-mer peptide on capability of memory and expression of Bcl-2 and Bax protein in hippocampus of cerebral ischemia rats ZHANG Xin,ZHANG Yu,SUN Rong,et al (Department ofNeurology,First Hospital foJilin Universay,Changchun 13 ̄21,Ch/na) Abstract:Objective To study the effects of APP17一mer peptide on memory and expression of Bcl一2 and Bax proteins in hippoeampus of cerebral ischemia rats.Methods Vascular dementia(van)model Was formed by adopting hte permanent occlusion of bilateral comnlon carotid arteries in Wistar rats to produce the forebrain ischemia.The protective effect of APP17一mer peptide Was observed.The capability of memory Was smdied with hte Morris water maze.The expression of Bcl一2 and Bax proteins Was studide wiht immunohistochemical stain— ing.Results In cerebral ischemia model,memory decreased(P<0.01)and the expression of Bcl一2 and Bax proteins increased as compared with the sham—operatde group(P<0.O1).APP17一mer peptide signiif— candy improved memory(P<0.01),markedly increased the expression fo Bcl一2 protein(P<0.01)and re— duced expression of Bax protein(P<0.01).Conclusion APP17一mer peptide Can inhibit apoptosis through regulating the expression of Bcl一2 and Bax proteins in rat brain.APP17一mer peptide may improve memory in cerebral ischemia rats. Key words:brain ischemia;memory;genes,bcl一2;hippocampus;dementia,VasCular 血管性痴呆vascular dementia,VaD)指在各种脑 护作用,其作用机制为调节凋亡过程中各种凋亡因 血管疾病基础上出现的获得性认知功能损害综合 子的表达 引。本实验以双侧颈总动脉结扎慢性缺 征,是一种慢性进行性疾病。APP17肽是A鹏5的 血致VaD大鼠为模型,研究APP17肽与认知功能的 319—335肽段,是具有神经保护作用的可溶性淀粉 关系及其在VaD中抗凋亡的作用机制。 样前体蛋白a(sAPPa)的活性肽段,有神经营养作 用,有研究证实APP17肽对神经细胞具有抗凋亡保 1材料与方法 1.1动物模型制备选用吉林大学实验动物部提 收稿日期:2006-10-13 供的健康Wistra大鼠150只,鼠龄4个月,雌雄不 作者简介:张馨,女,1978年6月生,吉林春市人,医师,硕士,从 限,体重280 350克。利用Moms水迷宫淘汰学习 事神经内科专业。 能力差的大鼠9只,将合格大鼠随机分为假手术组、 通讯作者:张昱.E-mail:zhangxin3840@sina.com 维普资讯 http://www.cqvip.com

中华老年心脑血管病杂志2007年5月第9卷第5期Olin J Geriall"Heart BrainVesselDis,M町2007,Vol9,No.5 手术组和治疗组(在实验中死亡69只,剩余为72 只,每组24只),3组均按手术后4、8、12及16周4 个时间点观察,每个时间点6只。手术组大鼠用 差异(P<0.01)。治疗组与假手术组比较,有显著 性差异(P<0.01),治疗组与手术组比较,有显著 性差异(P<0.01,表1),说明治疗组较手术组记忆 10%水合氯醛(0.3 ml/100 g)腹腔注射麻醉,颈部正 中切口,分离双侧颈总动脉,分别结扎双侧颈总动脉 的远近端,并从中间剪断,以确保阻断颈总动脉血 流,缝合创口。假手术组大鼠麻醉后,只分离双侧颈 总动脉,但不结扎、不剪断动脉。治疗组方法同手术 组,造模成功后,给予 17肽3.5 只,腹腔注 射,1次/2 d。APP17肽购自北京宣武医院神经多肽 室。 1.2记忆功能检测利用Moms水迷宫检测大鼠 记忆功能及APP17肽对其的影响。每只大鼠训练4 天,每天上、下午各2次,将大鼠面向迷宫池壁分别 从4个人水点放人水中,记录其在3 min内寻找到并 爬上平台的时间,即逃避潜伏期。各组大鼠学会后 分别在术后4、8、12、16周重新进行游泳实验,大鼠 每次在3 min内爬上平台的时间为大鼠记忆成绩, 每天2次,连续4天,计算平均成绩进行组间比较。 1.3病理学及免疫组织化学检测 用10%水合氯 醛(0.3 ml/100 g)腹腔注射麻醉大鼠,麻醉后立即开 胸暴露心脏,左心室迅速插管,同时剪开右心房,快 速灌注生理盐水,待肝脏变白后,改灌4%的多聚甲 醛(pH7.4)250 ml,速度先快后慢,至大鼠四肢僵硬 为满意,取脑,再将脑置于4%多聚甲醛中浸置4~ 6 h(4℃)后,取视交叉后4 rain处至小脑前的脑组织 用PBS漂洗,经乙醇常规脱水,二甲苯透明后,浸蜡 包埋,连续4肿厚切片,进行HE、免疫组织化学染 色。海马区的锥体细胞层,在40×10倍光镜下随机 选择5个视野,做免疫反应阳性细胞数计数,计数方 法采用标准网格,以“个/视野”为单位,结果取5个 视野的平均值。实验中使用兔抗鼠Bc1.2抗体、兔抗 鼠Bax抗体、DAB显色剂、sP试剂盒、多聚赖氨酸, 均购自福州迈新生物技术公司。 1.4统计学方法各组资料结果均以 ±s表示, 采用t检验进行统计学处理,应用SPSS 13.0统计软 件,P<0.05为差异有显著性意义。 2结果 2.1记忆功能测定结果 以大鼠逃避潜伏期代表 记忆能力,逃避潜伏期越短,记忆能力越强。经过训 练已经学会游迷宫的各组大鼠,双侧颈总动脉结扎 术后4周时,记忆功能即出现下降,逃避潜伏期开始 延长,直至16周时记忆功能障碍持续存在。手术组 与假手术组在4~16周各时间点的比较,有显著性 功能改善。 表1备组大鼠小I_J时1日J点水述冒逃避潜 伏期测试( ±s,s) 组另0 4N(6只)8N(6只) 12周(6只) 16N(6只) { l 16.78±9.54 l7.sB±l0. l4.95±8.64 l7.47±9.37 47.35±l8.81 58.78±24 67.14±29 60. 绣61 28.60±l4.o4*△26肌l9.3l 31.21扭 33.29±23 注:与假手术组比较, P<O.01;与手术组比较, P<O.01 2.2各组大鼠海马Bd.2和Bax免疫组织化学检测 结果 Be1.2免疫阳性细胞质内出现棕黄色颗粒。 假手术组有少数的Be1.2免疫阳性细胞,阳性反应 弱。手术组4周时海马Be1.2免疫阳性细胞数增高 并达高峰,呈强阳性表达,持续到8周,以后逐渐下 降,至16周时仍明显高于假手术组。治疗组与手术 组比较,Be1.2免疫阳性细胞数明显增多(表2)。Bax 免疫阳性细胞质内出现棕黄色颗粒。假手术组Bax 免疫阳性细胞数很少,阳性反应弱。手术组4周时 海马Bax免疫阳性细胞数明显增高并达高峰,呈强 阳性表达,持续到8周,以后逐渐下降,至16周时仍 明显高于假手术组。治疗组与手术组比较,Bax免 疫阳性细胞数明显减少(表3)。 表2各组大鼠/f、同时I日1J点j每与Bd-2免疫阳性 细胞数比较(元±s,个/视野) 组另0 4N(6只)8N(6只) 12N(6只) 16N(6只) 4.98±1.57 5.53±1.22 3.32±o.96 3.呕±o.92 25.16±8_95 23.34±9.66 15.77±6.∞ l4.32±7.98 38.85±9. *△35.61±7.84*△31.47±9.59*△32.12±8.签}△ 注:与假手术组比较, P<O.O1;与手术组比较,ZXp<O.01 表3各组大鼠不同时间点海马Bax免疫 阳性细胞数比较( ±s,个/视野) 组另0 4N(6只)8N(6只) 12N(6只) 16N(6只) 5. ±2.16 6.39±2.24 8.赛±1. 6.52±2.15 赘 ±lo.85 40.35±8.为 35.22±9.85 姗±ll 治-疗组(eaR) 2&76±9.62 20.31±8.49~23.87±9.35~2 ̄.52±8.76 △ 沣.-q假手术绢比较.*P<0 01:-q手术绢比较. P<0.0】 维普资讯 http://www.cqvip.com

中华老年 脑血管病杂志2007年5月第9卷第5期Chin JGefalrH ̄rrt BrainVesselDis,May2007,Vol9,No.5 3讨论 聚体诱导细胞凋亡;由于细胞自身的保护机制,Be1. 2蛋白表达反应性上调,可使部分Bax同源二聚体 分离,与Bc1-2蛋白形成异源二聚体发挥抑制凋亡的 作用。但Bax蛋白表达占优势,导致海马神经元凋 亡。由于后循环对前脑供血渐渐产生代偿,故8周 后Be1.2和Bax蛋白表达逐渐下降,但由于缺血仍然 存在,两者表达仍然较假手术组上调。治疗组由于 APP17肽的神经营养作用,明显上调Be1.2蛋白表 达,降低Bax蛋白表达,从而减少海马神经元凋亡, 改善大鼠记忆能力。 VaD是痴呆的常见类型,其发病机制仍不十分 清楚,现在认为VaD的发生原因与血管本身的病理 变化有一定关系。细胞凋亡是指为维持内环境稳 定,由基因控制的细胞自主的有序的死亡。近来研 究发现,当凋亡机制发生异常时,可导致机体细胞非 正常的生理性死亡而致病。在神经系统,许多神经 退行性疾病可能与相应功能神经元过早、过度凋亡 有关。 研究表明海马是对脑缺血最敏感的区域之一, 海马损伤的动物记忆力明显下降,引起VaD的重要 原因之一就是脑缺血致海马损伤bj。Be1.2家族是 细胞凋亡过程中重要的调节因子,此家族包括两类 根据本研究结果,我们推测APP17肽可能通过 调节Be1.2、Bax蛋白表达来抑制细胞凋亡,从而改 善慢性脑缺血大鼠的记忆能力,对VaD的临床研究 具有重要意义。但APP17肽调节Bc1.2、Bax蛋白表 功能相反的蛋白,促凋蛋白如Bax、Bad等,抑凋蛋白 如Be1.2、Be1.xl等。Be1.2与Bax是缺血性脑损伤中 达机制尚不十分明确,有待于进一步研究。 参考文献: [1]赵咏梅,赵志炜.APP17肽对D一半乳糖脑老化模型小鼠神经元 凋亡的影响[J].中华老年医学杂志,2OO2,21:202—205. [2]王蓬文,赵志炜.APP17肽对 半乳糖脑老化小鼠海马凋亡相 关基因表达的影响[J].解剖学报,2003,34:266—268. [3]Marina VF,Larisa K,Chrisitan G.Speciifc gap junction enhances the neuronal vulnerabilityto braintraumaticinjury[J].J Neum ̄i,2O02, 22:644.653. 重要的凋亡基因 ],大鼠局灶性脑缺血存在 Be1.2和Bax的表达,Be1.2阳性神经细胞随再灌注时 间延长多数存活,而Bax阳性细胞随再灌注时间延 长多趋死亡,Be1.2和Bax的比例决定细胞凋亡的趋 势 6 ]。研究证明,在脑缺血后细胞凋亡的信号通路 中,细胞色素c从线粒体外膜上形成的蛋白孑L道释 放人胞浆是诱导细胞凋亡的关键环节 8J,Be1.2家族 通过直接控制线粒体外膜通透性的改变引起细胞凋 亡_9J 。脑缺血后线粒体功能受损,线粒体内ca2 浓度增加,促凋亡基因bax表达增加,抑凋亡基因 [4]Zhao H,Yenari MA,Cheng D,et a1.Bcl-2 overexpression protects against neLlronlosswithintheischemicmarginfollowing experimental stroke nd ianhibits cytochrome C translocation and caspase一3 activity [J J.J Neurochem,2003,85:1(P-6-1036. [5]AlmeidaOF,CondeGL,Crochemom C,et a1.Subtle shiftsin山e ra- tio between pro-and antiapeptotic molecules after activation of cortico Be1.2表达降低,Bax由胞浆转向线粒体,细胞色素c 从线粒体释放到胞浆,促使细胞凋亡_1 。Bax诱导 凋亡的机制是Bax同源二聚体的形成,Be1.2蛋白的 steroid receptors dedde neuronal fate[J].FASE B J,2O0O,1:779— 790. 抑制凋亡作用则要通过与Bax结合形成异源二聚体 来实现口 。体外实验证实APP17肽能明显改善B淀 粉样蛋白和谷氨酸诱导的神经细胞凋亡_1“。有研 [6]Ouyang YB,Giffiard RG.Cellular neumprotective mechanisms in ce— rebral ischemia:Bcl-2 f ̄nily proteins and protection of mitochondrial function lJ J.Cell Calcium,2004,36:303—311. 究显示APP17肽是通过存活因子支持细胞存活的 共同中介物蛋白激酶B磷酸化前凋亡蛋白Bad,使 [7]Orrenius S.Mitochondrial regulation of apeptotic cell death[J].Toxi— col Lett,2OO4,149:19—23. 游离的Be1.2增加、Bax降低等途径,引起Bc1.2等下 游靶位基因的表达,达到抗凋亡作用的 j。 本实验结果显示,在大鼠双侧颈总动脉永久结 扎后4周时,记忆功能即出现下降,直至16周时记 忆功能障碍持续存在,治疗组较手术组记忆功能改 [8]shi Y.A structural view of mitochondria-mediated apoptosis[J].Nat Steetr Biol,2001,8:394-401. [9]Colombaioni L,Frago LM,Varela-Nieto I,et a1.Semm deprivation increases ceramide levels and induces apoptosis in undiferentiated HN9.10e cells[J].Neurochem Int,2O02,40:327—336. [10]Zhu Y,Prehn JH,Culmsee C,et a1.111e beta2一admnoeeptor agonist clenbuteml modulteas Bcl-2,Bcl-xl and Bax protein expression follow— 善。术后4周海马Be1.2和Bax免疫阳性细胞数明 显增高并达高峰,呈强阳性表达,持续到8周,以后 逐渐下降,至16周时仍明显高于手术组,但Be1.2升 高幅度小于Bax。治疗组与手术组比较Be1.2免疫 阳性细胞数明显增多,而Bax免疫阳性细胞数明显 减少。慢性缺血时Bax蛋白表达增加,形成同源二 ing transient forebrain ischemia lJ J.Neuroscience,1999,90:1255— 1263. [11] 王蓉,张景艳.APP17肽对邶导致神经元毒性作用的影响 [J].首都医科大学学报,2001,22:202—205. (本文编辑:银燕) 

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