环境微生物代谢产物3-羟基丁酸甲酯对两种痴呆模型小鼠空间学习能力影响及其分子机制

发布时间：2017-03-24 05:04

  本文关键词：环境微生物代谢产物3-羟基丁酸甲酯对两种痴呆模型小鼠空间学习能力影响及其分子机制，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：阿尔茨海默症,又称老年痴呆症,高发于50岁以上的人群,是由环境及遗传等多种因素共同作用的一种神经退行性疾病,以认知障碍为主要表征,病理表现有大脑前额叶皮层及海马区神经元细胞凋亡及减少,以及神经原纤维结,老年斑等。阿尔茨海默症的发病机制多种多样,主要有基因学说、Ap毒性学说、Tau蛋白异常修饰学说、自由基损伤学说、细胞凋亡学说、代谢紊乱学说和胆碱能紊乱等。3-羟基丁酸(3-hydroxybutyric acid)是人体脂动员后产生的酮体的主要构成物质之一,大脑不能储存糖原作为能量储备,当糖原匮乏,大脑细胞将会启动异常脂动员及消耗脑内蛋白质作为能源补偿,从而导致脑内代谢紊乱,细胞异常死亡,导致认知障碍和其他病征。酮体可以作为能量半成品直接被大脑所应用,尤其3-羟基丁酸为中性不带电荷的小分子物质,易于穿透血脑屏障,及时补偿大脑能量；3-羟基丁酸甲酉旨(3-hydroxy butyric acid methyl ester, HBME)是3-羟基丁酸的甲酯化物质,和3-羟基丁酸一样具有良好的血脑屏障通透性,前期研究显示3-羟基丁酸及其甲酯化物具有加强代谢效率、减少自由基伤害、促进细胞生长、保护神经细胞并具有一定的改善正常小鼠学习记忆能力等多种功能。本论文以淀粉样前体蛋白(amyloid precursor protein, APP)过表达单转基因小鼠(APPsw e)为表征单纯性由于Aβ堆积引起的病理性痴呆的痴呆模型小鼠,以快速老化小鼠SAMP8及其近亲同源抗快速老化小鼠SAMR1为阴性对照为表征增龄性的认知障碍的痴呆模型小鼠；主要研究3-羟基丁酸甲酯对这两种痴呆模型小鼠的学习认知能力的影响；探讨3-羟基丁酸甲酯对这两种痴呆模型小鼠学习认知能力影响的可能作用机制。主要结果包括：(1)通过对正常小鼠进行急性毒性实验、蓄积毒性实验、亚急性毒性实验、Ames实验和哺乳动物细胞体外细胞微核实验对三羟基丁酸甲酯进行毒理安全性评价。实验结果表明：3-羟基丁酸甲酯无急性毒性、蓄积毒性、致突变及损伤染色体毒性,按相关外源化学物质毒理安全性评价指标体系评判,为安全无毒物质。(2)以APP过表达单转基因小鼠及快速老化小鼠为两种痴呆模型小鼠,分别设置空白对照组及实验组,空白组灌胃给予生理盐水,实验组灌胃给予不同浓度(20、40、60mg/kg/d)3-羟基丁酸甲酯。10周后,采用Morris水迷宫进行行为学实验。实验结果表明,3-羟基丁酸甲酯明显改善两种痴呆模型组小鼠的学习、记忆能力,同时对于两种老年痴呆模型组小鼠长时程记忆也表现出显著的提升效果,提升效果呈现剂量依赖关系,在高浓度剂量组提升效果最为显著。(3)上述两种痴呆模型小鼠在结束Morris水迷宫行为学实验后,处死取脑,采用蛋白免疫技术(Western Blot Assay),对其与学习记忆相关的海马及前额叶上皮组织进行相关蛋白：环磷腺苷效应元件结合蛋白(cAMP-response element binding protein, CREB)及磷酸化CREB、硫氧还蛋白(thioredoxin, Trx)、细胞周期蛋白依赖性激酶-5(cyclin-dependent kinase-5,Cdk5)、B淋巴细胞瘤-2基因(B-cell lymphoma-2,Bcl-2)半胱氨酸天冬氨酸酶-3前体(pro-caspase-3)及半胱氨酸天冬氨酸酶-9前体(pro-caspase-9)的检测分析。结果显示,不同浓度3-羟基丁酸甲酯均能上调两种痴呆模型小鼠海马区及前额叶皮层组织中的CREB及磷酸化CREB、Trx、Cdk5及Bcl-2的蛋白表达量,两种痴呆模型小鼠海马区及前额叶皮层组织中的pro-caspase-3、 pro-caspase-9表达无下降。实验结果表明,3-羟基丁酸甲酯对两种痴呆模型学习记忆能力的改善其机制可能通过调控CREB/Cdk5的信号通路；利用Trx减少自由基伤害；并且通过Bcl-2表达的上调稳定住凋亡因子Caspase-3及Caspase-9的无活性前体,阻止其切割,抑制神经细胞凋亡途径；保护和修复神经元细胞的结构与功能,从而促进及改善两种痴呆模型小鼠学习记忆能力。改善作用在两种痴呆模型小鼠的两个脑区都表现出3-羟基丁酸甲酯的剂量依赖性,在高浓度组效果显著,表明3-羟基丁酸甲酯加强代谢效率促进细胞生长、保护神经细胞。综上所述,3-羟基丁酸甲酯安全无毒,对两种痴呆模型小鼠的学习记忆能力有明显的改善作用,其改善机制可能是通过加强代谢效率促进细胞生长、保护神经细胞,调控学习记忆相关信号通路,启动自由基清除及抑制神经细胞凋亡途径。本论文为3-羟基丁酸甲酯作为一种可能的抗老年痴呆及延缓衰老药物的开发提供基础理论研究。
【关键词】：阿尔兹海默症 3-羟基丁酸甲酯 痴呆模型小鼠
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R749.16
【目录】：

• 摘要6-8
• ABSTRACT8-14
• 英文缩写词表14-18
• 第一章 绪论18-36
• 1.1 3-羟基丁酸及其甲酯的研究进展18-21
• 1.1.1 3-羟基丁酸及其甲酯的生产18
• 1.1.2 3-羟基丁酸的生理作用及药用研究18-21
• 1.2 学习与记忆的神经生物学研究概况21-24
• 1.3 阿尔茨海默症研究进展24-33
• 1.3.1 阿尔茨海默症的致病机理研究进展25-33
• 1.3.2 痴呆及衰老模型动物33
• 1.4 本研究的目的、内容及意义33-36
• 第二章 3-羟基丁酸甲酯安全性评价36-46
• 2.1 前言36-37
• 2.2 实验材料和方法37-39
• 2.2.1 实验材料与设备37
• 2.2.2 实验方法37-39
• 2.2.3 数据处理方法39
• 2.4 实验结果39-44
• 2.4.1 急性毒性实验结果39
• 2.4.2 蓄积毒性实验结果39-40
• 2.4.3 亚急性毒性实验结果40-41
• 2.4.4 小鼠病理组织学肉眼观察41
• 2.4.5 Ames实验结果41-43
• 2.4.6 哺乳动物细胞体外细胞微核实验结果43
• 2.4.7 不同浓度3-羟基丁酸甲对小鼠体重的影响43-44
• 2.5 讨论44-45
• 2.6 小结45-46
• 第三章 HBME对痴呆模型小鼠空间学习记忆能力的影响46-77
• 3.1 前言46-48
• 3.2 实验材料和方法48-52
• 3.2.1 实验材料与设备48-49
• 3.2.2 实验方法49-52
• 3.3 实验结果52-75
• 3.3.1 HBME对痴呆模型小鼠空间学习能力的影响52-61
• 3.3.2 HBME对快老模型小鼠空间学习能力的影响61-69
• 3.3.3 HBME对痴呆模型小鼠平台记忆的影响69-71
• 3.3.4 HBME对快老模型小鼠平台记忆的影响71-73
• 3.3.5 HBME对痴呆模型小鼠长时程记忆的影响73-74
• 3.3.6 HBME对快老模型小鼠长时程记忆的影响74-75
• 3.4 讨论75-76
• 3.5 小结76-77
• 第四章 HBME对两种痴呆模型小鼠海马及前额叶皮层蛋白表达影响77-117
• 4.1 前言77-79
• 4.2 实验材料和方法79-86
• 4.2.1 实验材料与设备79-83
• 4.2.2 主要实验方法83-85
• 4.2.3 实验动物分组及给药方法85
• 4.2.4 统计学分析85-86
• 4.3 HBME对痴呆模型小鼠海马组织学习记忆相关蛋白表达的影响86-93
• 4.3.1 HBME对痴呆模型小鼠海马组织CREB蛋白表达的影响86-87
• 4.3.2 HBME对痴呆模型小鼠海马组织Trx蛋白表达的影响87-88
• 4.3.3 HBME对痴呆模型小鼠海马组织CDK5蛋白表达的影响88-89
• 4.3.4 HBME对痴呆模型小鼠海马组织Bcl-2蛋白表达的影响89-90
• 4.3.5 HBME对痴呆模型小鼠海马组织pro-Caspase-3蛋白表达的影响90-91
• 4.3.6 HBME对痴呆模型小鼠海马组织pro-Caspase-9蛋白表达的影响91
• 4.3.7 讨论及小结91-93
• 4.4 HBME对快老模型小鼠海马学习记忆相关蛋白表达的影响93-100
• 4.4.1 HBME对快老模型小鼠海马CREB蛋白表达的影响93-94
• 4.4.2 HBME对快老模型小鼠海马Trx蛋白表达的影响94-95
• 4.4.3 HBME对快老模型小鼠海马Cdk5蛋白表达的影响95-96
• 4.4.4 HBME对快老模型小鼠海马Bcl-2蛋白表达的影响96-97
• 4.4.5 HBME对快老模型小鼠海马pro-Caspase-3蛋白表达的影响97-98
• 4.4.6 HBME对快老模型小鼠海马pro-Caspase-9蛋白表达的影响98
• 4.4.7 讨论及小结98-100
• 4.5 HBME对痴呆模型小鼠前额叶皮层学习记忆相关蛋白表达的影响100-107
• 4.5.1 HBME对痴呆模型小鼠前额叶皮层CREB蛋白表达的影响100-101
• 4.5.2 HBME对痴呆模型小鼠前额叶皮层Trx蛋白表达的影响101-102
• 4.5.3 HBME对痴呆模型小鼠前额叶皮层Cdk5蛋白表达的影响102-103
• 4.5.4 HBME对痴呆模型小鼠前额叶皮层Bcl-2蛋白表达的影响103-104
• 4.5.5 HBME对痴呆模型小鼠前额叶皮层pro-Caspase-3蛋白表达的影响104-105
• 4.5.6 HBME对痴呆模型小鼠前额叶皮层pro-Caspase-9蛋白表达的影响105-106
• 4.5.7 讨论及小结106-107
• 4.6 BME对快老模型小鼠前额叶皮层学习记忆相关蛋白表达的影响107-114
• 4.6.1 HBME对快老模型小鼠前额叶皮层CREB蛋白表达的影响107-108
• 4.6.2 HBME对快老模型小鼠前额叶皮层Trx蛋白表达的影响108-109
• 4.6.3 HBME对快老模型小鼠前额叶皮层Cdk5蛋白表达的影响109-110
• 4.6.4 HBME对快老模型小鼠前额叶皮层Bcl-2蛋白表达的影响110-111
• 4.6.5 HBME对快老模型小鼠前额叶皮层pro-Caspase-3蛋白表达影响111-112
• 4.6.6 HBME对快老模型小鼠前额叶皮层pro-Caspase-9蛋白表达影响112-113
• 4.6.7 本节讨论及小结113-114
• 4.7 讨论114-116
• 4.8 小结116-117
• 第五章 结论与展望117-122
• 5.1 结论117-119
• 5.2 展望119-122
• 致谢122-124
• 参考文献124-136
• 博士期间论文发表情况136

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前5条

1 毛凤霞;姚梅玲;;CREB与学习记忆及情绪关系[J];医药论坛杂志;2008年22期

2 史清海;伏建峰;;高原军事认知功能及其药物干预[J];解放军预防医学杂志;2012年04期

3 陈燕;;神经元的突触可塑性与学习和记忆[J];生物化学与生物物理进展;2008年06期

4 廖振华;李胜天;;NMDA受体的NR2A和NR2B亚基在海马可塑性中的作用[J];神经解剖学杂志;2008年06期

5 赵永玲;杨敬华;刘秋芳;靳翠红;巫生文;王春秋;蔡原;;氯化镧对大鼠空间学习记忆、海马cAMP含量和PKA表达水平的影响[J];毒理学杂志;2013年05期

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本文编号：265105