三七总皂苷、栀子苷及其配伍对APP/PS1小鼠树突棘损伤的保护作用及机制

1.背景 阿尔茨海默病(Alzheimer's disease, AD)是一种常见的致命性神经退行性疾病,在老年人群中具有较高的发病率。临床表现为持续性认知能力下降、记忆能力减退、运动障碍以及人格改变。该病的病理特征为：大脑皮质和海马区渐进性神经元和突触丢失,β-淀粉样蛋白(Amyloid β,Aβ)聚集形成的老年斑(Senile Plaque, SP), Tau蛋白异常聚集形成神经原纤维缠结(neuro-fibrillary tangles, NFTs)。突触功能障碍是AD早期典型病理表现,与认知障碍密切相关。树突棘是存在于大脑神经元树突干上的小突起,是兴奋性突触传递的原始位点,也是学习和记忆活动的物质基础,AD患者脑中有显著树突棘丢失和树突退化等现象。 2.目的 课题组前期的实验结果表明栀子与三七的有效成分栀子苷、三七总皂苷可以促进神经突触可塑性。在细胞实验中,栀子苷和三七总皂苷配伍可以保护神经元免受淀粉样蛋白损害,表现为神经元突起的总长度明显改善,延伸距离较远。在动物实验中,栀子苷、三七总皂苷及其配伍可以显著提高注射A β的拟AD大鼠模型在Y迷宫中的学习记忆能力。进一步在APPV717i AD转基因小鼠模型中,再次验证二者配伍能够显著改善动物在水迷宫中的学习记忆能力。预防性用药时,栀子苷、三七总皂苷及其配伍能增加APP/PS1小鼠CA1区树突棘密度。因此本课题仍然从与学习记忆功能相关的树突棘着手,探讨在AD早期治疗性用药时,栀子苷和三七总皂苷及其配伍是否仍然可以实现突触结构和功能的重塑,并探究其相关作用机制。 3.实验方法 4月龄的APP/PS1双转基因小鼠随机分为5组,模型组(Tg),栀子苷和三七总皂苷配伍组(GP+PNS),栀子苷组(GP),三七总皂苷组(PNS)和阳性对照药安理申组(Aricept)。同窝野生型小鼠作为对照组(正常小鼠,基因未发生改变,WT)。用药3个月后,采用经典的高尔基染色法观察药物对海马CA1区锥体神经元的树突长度及树突棘密度的影响,并对其进行定量分析。采用免疫组织化学的方法评估药物对突触后膜受体AMPAR(GluRl)的影响。选用Western Blot的方法对APP、树突棘相关蛋白PSD-95、 Drebrin、神经生长相关蛋白GAP-43进行半定量分析。将上述指标与行为学做相关性分析。 4.实验结果 4.1海马CA1区锥体细胞树突棘的变化 与7月龄同窝野生型小鼠相比,转基因型小鼠海马CA1区锥体细胞树突分支复杂性降低,树突长度缩短,顶部和基部的树突棘密度降低,成熟型树突棘丢失现象严重。用药组与模型组相比较,PNS、PNS+GP、Aricept可以显著提高树突分支复杂性,挽回脑萎缩过程中树突长度萎缩的现象。PNS、GP、Aricept可以显著提高海马CA1区锥体细胞顶部树突与基部树突树突棘密度,其中GP组的作用更为显著。说明上述药物对APP/PS1转基因小鼠树突棘丢失的病理改变具有改善作用。 4.2药物对GluRl的影响 与7月龄WT组相比,Tg组小鼠海马CA1区GluRl阳性细胞表达水平未见显著性差异。各用药组GluR1阳性细胞表达水平与转基因模型组相比,均未见统计学差异。 4.3药物对树突棘相关蛋白的影响 Western Blot实验结果显示,Tg组与WT组相比,海马区和皮质区内PSD-95蛋白含量有所降低,具有显著性差异。各用药组与Tg组相比较,海马区内PSD-95蛋白含量无统计学差异,然而PNS与PNS+GP可以显著提高皮质区内PSD-95的表达水平。Drebrin含量及神经生长相关蛋白GAP-43在海马区内的表达,各组之间均无显著性差异。而PNS与PNS+GP可以显著提高皮质区内Drebrin的表达水平。 4.4突触结构可塑性与行为学相关性分析 树突分支复杂性与树突长度与水迷宫实验中的寻求平台所耗的距离呈负线性相关。 5.结论 三七总皂苷和栀子苷配伍可以改善APP/PS1转基因小鼠的树突棘丢失。二者配伍可以促进皮质区树突棘相关蛋白的表达。