慢性应激对大鼠空间学习记忆影响机制的研究

目的:采用孤养与慢性轻度不可预见性应激(CUMS)相结合建立慢性复合应激大鼠模型,通过行为学检测、组织形态学和分子生物学相结合的方法,研究慢性应激对大鼠空间学习记忆行为和海马、额叶脑区神经细胞粘附分子(Neural cell adhesion molecule, NCAM)及生长相关蛋白(Growth associated protein-43, GAP-43)表达的影响,以及NCAM、GAP-43表达变化与应激性行为效应之间的相互关系,以探讨慢性应激对大鼠空间学习记忆影响可能的中枢机制。 方法:(1)动物模型:连续35天慢性轻度不可预见性应激结合孤养方法建立慢性复合应激大鼠模型。将16只雄性SD大鼠随机分为正常对照组和应激模型组(n=8)。造模期间对照组大鼠正常饲养,模型组给予35天的应激刺激。(2)动物行为指标:观测实验过程中两组大鼠的体重变化,以Open-field法和双瓶蔗糖水消耗实验来评定大鼠应激后的行为变化,作为模型是否建立成功的依据。学习记忆行为指标采用Morris水迷宫和Y迷宫。(3)脑区组织形态观察:在确认模型建立成功的基础上处死解剖大鼠,全脑固定,切取双侧海马、额叶脑区,HE常规染色,光镜下(x400)观察两组大鼠海马各亚区及额叶脑区神经细胞形态变化,计神经细胞数,并分析各脑区神经细胞数与Morris水迷宫、Y迷宫各项学习记忆行为指标间的相关性。(4)蛋白表达检测:用免疫组织化学方法研究两组大鼠海马各亚区、额叶脑区中NCAM、GAP-43蛋白表达的变化,运用IPP图像分析系统测定免疫反应产物的平均光密度,并分析各脑区NCAM、GAP-43蛋白表达水平与Morris水迷宫、Y迷宫各项学习记忆行为指标间的相关性。 结果: 1、慢性应激对大鼠空间学习记忆等行为的影响:模型组大鼠的体重增长量、糖水摄入量占总饮水量的百分比均明显减少(p<0.01);旷场实验中的水平穿越格子数、站立次数均明显减少(p<0.01),中央格停留时间、粪便粒数均增加(p<0.05),与对照组相比,差异具有显著性,表明本研究慢性复合应激大鼠模型建立成功;Morris水迷宫实验中,模型组大鼠的5天训练平均潜伏期延长(p<0.01),平台穿越次数明显减少(p<0.01);Y迷宫实验中,模型组大鼠第二天的主动回避反应次数明显减少(p<0.01),与对照组相比,差异均有统计学意义。 2、慢性应激对大鼠海马各亚区、额叶脑区组织形态和神经细胞数的影响: 光镜下(×400)组织形态观察:模型组大鼠海马CA1区锥体阳性细胞层较薄,排列稀疏紊乱,细胞胞体缩小,细胞间隙大;而对照组大鼠的海马CA1区锥体细胞清晰完整,分布紧密规则,有明显大量的神经纤维。模型组大鼠海马CA3区锥体细胞排列稀疏散乱,细胞间隙增宽,细胞丢失、数量减少,细胞质染色淡;而对照组大鼠的海马CA3区锥体细胞排列整齐,细胞质染色深。模型组大鼠海马DG区颗粒细胞水肿,呈空泡样变性、缺失,细胞层较薄,细胞间隙大,排列稀疏;而对照组大鼠的海马DG区颗粒细胞清晰完整,分布面积大且密集。模型组大鼠额叶颗粒细胞核浓染,固缩,伴有胶质细胞增生聚集成堆,位于坏死的神经细胞附近;而对照组大鼠的额叶颗粒细胞形态及分布未见异常。 模型组海马CA1区、CA3区锥体细胞数均有减少(p<0.05),齿状回DG区颗粒细胞数明显减少(p<0.01),与对照组大鼠相比,差异具有显著性;而额叶脑区颗粒细胞数组间无显著性差异。 3、慢性应激对大鼠海马各亚区及额叶脑区NCAM、GAP-43蛋白表达的影响:模型组大鼠海马CA3区、DG区NCAM蛋白表达水平低,均呈阴性反应,额叶脑区NCAM免疫组化结果呈弱阳性反应,对照组均为阳性反应;测量免疫反应产物平均光密度进行半定量分析,模型组与对照组相比差异均显著(p<0.01)。 模型组大鼠海马DG区GAP-43免疫组化结果有弱阳性反应,对照组呈强阳性反应;测量免疫反应产物平均光密度进行半定量分析,模型组与对照组相比差异具有显著性(p<0.01)。 4、两脑区神经细胞数及NCAM、GAP-43蛋白表达量与Morris水迷宫、Y迷宫各项学习记忆行为指标之间、NCAM和GAP-43蛋白表达量之间的相关性分析:海马CA1区、CA3区、DG区细胞数与Y迷宫第二天主动回避反应次数之间均呈显著正相关(p<0.01;p<0.05;p<0.05),海马DG区细胞数与Y迷宫第一天学习次数之间呈显著负相关(p<0.05);海马CA3区及额叶脑区NCAM表达量与水迷宫5天训练平均潜伏期之间均呈显著负相关(p<0.05),海马CA3区NCAM表达量与Y迷宫第二天主动回避反应次数之间呈显著正相关(p<0.01);海马DG区GAP-43表达量与水迷宫平台穿越次数之间呈显著正相关(p<0.05)。 海马DG区GAP-43的表达量、海马DG区及额叶脑区NCAM的表达量与海马CA3区NCAM的表达量均呈显著正相关(p<0.05);海马DG区GAP-43的表达量与海马DG区NCAM的表达量呈显著正相关(p<0.01)。 结论: 1、慢性应激损伤大鼠空间学习记忆能力,不但妨碍学习过程(空间记忆的获得巩固),而且影响空间记忆的提取重现。 2、慢性应激改变大鼠海马及额叶神经细胞形态结构和数量,且海马各区神经细胞数与大鼠空间学习记忆行为指标之间具有相关性,提示慢性应激损伤大鼠空间学习记忆可能与海马及额叶脑区神经元变性凋亡或迟发性神经元死亡有关。 3、慢性应激模型大鼠海马及额叶NCAM、GAP-43蛋白的表达均下降,两指标之间有相关性;且两蛋白表达水平与大鼠空间学习记忆行为指标之间亦呈强相关,推测大鼠海马及额叶NCAM、GAP-43蛋白的表达下降可能是慢性应激损伤大鼠空间学习记忆能力的分子机制之一。