硒酸钠干预阿尔茨海默症的系统研究

发布时间：2017-10-12 08:36

  本文关键词：硒酸钠干预阿尔茨海默症的系统研究

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【摘要】：阿尔茨海默症(Alzheimer’s disease,AD)是一种常见的老年性神经退行疾病,主要损害老年人的记忆和认知功能。淀粉样蛋白沉淀和tau蛋白的过度磷酸化是目前被公认的AD发生的两种重要诱因。硒化合物在近些年的研究中被发现对AD具有较好的防治作用,硒酸钠不仅具有亚硒酸钠无法比拟的低生理毒性,而且其对蛋白磷酸酯酶2A(PP2A)的激活作用强于其它硒化合物。因此,本实验采用3×Tg三转基因小鼠(Psen1、APPSwe、tau P301L)作为AD动物模型,通过饮水添加终浓度为6μg/m L的硒酸钠,从小鼠2月龄起开始给药,观察不同给药时间对AD小鼠病理变化的影响,研究硒酸钠对AD的作用和机制,为研发AD防治药物提供科学数据。本项研究首次采用PET来研究硒化合物干预AD的药理作用机制,观测到了AD鼠脑对18FDG的吸收随着月龄的增长而逐渐降低,同时,长期给药硒酸钠的小鼠脑部表现出了比对照组更低的18FDG吸收率。通过Morris水迷宫检测各月龄组小鼠的空间记忆探索能力发现:随着小鼠月龄的增长,其找到平台所用的时间也明显增加,其避潜伏期越长,说明其空间记忆能力的缺陷越严重,而给药组的小鼠与对照组的相比,其逃避潜伏期更短,停止空间定位航行实验后,72h的长期记忆表现也比对照组的突出,这表明,硒酸钠给药能够修复AD小鼠的长期记忆功能。随后的组织病理学检测发现,三转基因AD小鼠给予硒酸钠之后,同月龄之间的小鼠海马区尼氏小体的数量得到恢复,染色程度也更深。给药后,6月龄和12月龄的小鼠海马区BACE1的表达量发生显著的降低,给药组老年斑的数量和直径小于同龄的对照组,证明硒酸钠不仅对tau蛋白的过度磷酸化有疗效,而且还能通过抑制BACE1的活性来抑制老年斑的形成。对Tau蛋白及相关的Akt/GSK3β通路蛋白的免疫印迹检测发现,硒酸钠通过调节PP2A的活性来调节这条通路,进而抑制tau蛋白的过度磷酸化,这个结果与前人的工作相互印证,支持已有的硒酸钠具有预防AD作用的报道。星形胶质细胞被认为和老年斑存在共定位现象,甚至可能起到吞噬淀粉样蛋白沉淀的作用。我们将2、6、12月龄对照组AD小鼠与同月龄的给药组小鼠进行GFAP免疫印迹检测发现,给药组小鼠脑内GFAP表达量总体明显增高,同时,我们还发现,给药组脑内NO含量与对照组相比也是增高的,这表明,这种药物能够激活胶质细胞,这可能也是一种减少Aβ胞外沉积的机制,同时,更多的NO也能够直接参与小鼠的学习和记忆能力的提高。我们进一步检测了硒酸钠治疗后脑内氧化应激水平的差异性变化。结果表明:喂食硒酸钠的小鼠脑内,超氧化物歧化酶(SOD)活性较对照组并未发生显著的变化,但测定了两种重要的抗氧化硒酶的活性发现,GSH-Px和Trx R的活性在喂硒后得到了显著的提升,膜脂过氧化终产物丙二醛(MDA)含量有减少,这些结果表明硒酸钠可以提高脑内氧化应激能力,延缓突触受损的发生。我们采用PSTAR II plus高通量测序平台对2、6、12月龄的给药组和对照组小鼠海马转录组进行了测序,发现了AD发病过程中、以及硒酸钠干预AD病理过程中的一系列重要的靶基因,找到了Gsx2、Olfr家族、Tsacc等潜在的AD治疗靶标,为AD的研究注入了新的思维。通过同步辐射和ICM-MS的结果,我们发现:AD小鼠的脑内,会随着月龄的增长而逐渐产生金属离子富集,这种富集现象以Fe、Cu、Zn最为明显,而给药组的小鼠脑内,这种富集现象得到了很大程度上的缓解,硒酸钠对于影响AD进程的重要离子的含量具有显著性影响,硒酸钠能通过够改变离子间的关联性或者相应功能蛋白的表达来影响AD的进程。本研究通过对三转基因AD小鼠给药与对照组在行为学指标、病理特征、离子组和转录组差异等的比较,在已有报道的基础上,进一步从多角度、采用多种组学手段,研究了硒酸钠对AD的作用效果和机制。为将硒酸钠开发为抗AD药物提供了科学数据。
【关键词】：阿尔茨海默症(AD) 硒酸钠 转录组 离子组
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R749.16
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第1章 研究背景12-33
• 1.1 阿尔茨海默症概述12
• 1.2 AD病理特征以及发病机制假说12-18
• 1.2.1 Aβ 沉淀和级联假说13-14
• 1.2.2 微管结合蛋白Tau及Tau蛋白的异常磷酸化14-15
• 1.2.3 早老素蛋白15-16
• 1.2.4 载脂蛋白E16
• 1.2.5 AD与金属内稳态16-18
• 1.2.6 AD与III型糖尿病18
• 1.3 AD目前的治疗策略与药物研发18-28
• 1.3.1 胆碱酯酶抑制剂19
• 1.3.2 BACE-1 抑制剂19-20
• 1.3.3 γ-分泌酶抑制剂20-21
• 1.3.4 α-分泌酶激动剂21
• 1.3.5 M1-毒蕈碱受体激动剂21-22
• 1.3.6 Aβ 聚集抑制剂22
• 1.3.7 AD的免疫疗法22-23
• 1.3.8 Aβ 降解酶23
• 1.3.9 ApoE促进Aβ 清除23-24
• 1.3.10 影响Aβ 血脑屏障运输功能的药物24
• 1.3.11 基于过渡金属离子内稳态假说的药物开发24
• 1.3.12 HMG-CoA还原酶抑制剂（他汀类）24-25
• 1.3.13 单胺氧化酶抑制剂25
• 1.3.14 针对磷酸化tau的治疗和药物开发25-26
• 1.3.15 预防tau蛋白聚集26
• 1.3.16 防止tau蛋白错误折叠26
• 1.3.17 Tau蛋白免疫疗法26-27
• 1.3.18 N-甲基-D-天冬氨酸受体（NMDA）拮抗剂27
• 1.3.19 非类固醇消炎药（NSAIDs）27-28
• 1.3.20 雌激素28
• 1.4 硒与AD28-29
• 1.4.1 硒元素概述28
• 1.4.2 硒蛋白28-29
• 1.4.3 硒与AD29
• 1.5 转录组学在重大疾病研究中的应用29-30
• 1.6 离子组学在疾病研究中的应用30-31
• 1.7 系统生物学作为前沿学科在重大疾病研究中的应用31
• 1.8 本研究的目的和意义31-33
• 第2章 材料与方法33-68
• 2.1 实验材料33-38
• 2.1.1 小鼠模型33
• 2.1.2 实验试剂33-36
• 2.1.3 主要实验仪器36-37
• 2.1.4 实验主要试剂的配制37-38
• 2.2 实验方法38-68
• 2.2.1 3×Tg AD小鼠分组及给药38
• 2.2.2 三转基因 3×TgAD小鼠行为学指标测定38-39
• 2.2.3 小鼠海马组织转录组测序39-50
• 2.2.4 RNA-Seq数据处理50-54
• 2.2.5 小鼠脑组织解剖及石蜡切片制作54-66
• 2.2.6 鼠脑离子组的测定及数据处理66-67
• 2.2.7 SR-μXRF展现鼠脑中重要金属元素的分布和聚集情况 .. 5667-68
• 第3章 实验结果68-114
• 3.1 AD小鼠脑部PET扫描结果68-70
• 3.2 硒酸钠对小鼠空间学习和记忆能力的作用70-71
• 3.3 硒酸钠作用于AD小鼠后海马组织的转录组差异分析71-91
• 3.3.1 转录组数据总概况71-73
• 3.3.2 转录组数据预处理结果73-74
• 3.3.3 6、12 月龄小鼠海马组织差异表达基因（DEGs）分析74-76
• 3.3.4 不同月龄小鼠海马组织转录组的GO与KEGG pathway分析76-77
• 3.3.5 6、12 月龄小鼠海马组织网络（networks）分析77-81
• 3.3.6 6、12 月龄小鼠海马组织基因表达调控网（TF-target网络）81-83
• 3.3.7 AD小鼠不同进展时期及用药后的转录组比较（2、6、12 月龄）83-89
• 3.3.8 部分Candidate genes的筛选89
• 3.3.9 不同月龄AD小鼠海马转录组中硒蛋白基因的表达89-91
• 3.4 尼氏染色检测不同月龄AD小鼠神经元生长状况91-92
• 3.5 12 月龄AD小鼠脑区Bielschowsky银染结果92-93
• 3.6 不同月龄AD小鼠海马中总Tau及磷酸化tau的检测93-96
• 3.7 不同月龄AD小鼠老年斑及Aβ 相关蛋白的检测96-100
• 3.8 Akt/GSK3β/Tau通路相关蛋白表达量的检测100-104
• 3.9 胶质细胞相关GFAP蛋白以及一氧化氮（NO）测定104-106
• 3.10 各月龄小鼠脑组织氧化应激相关酶活及总MDA的测定106-108
• 3.11 6、10 月龄小鼠脑部SR-μXRF同步辐射的扫描结果108-109
• 3.12 各月龄小鼠脑部离子组ICP-MS定量及组学分析结果109-114
• 第4章 讨论114-119
• 第5章 结论119-120
• 参考文献120-129
• 致谢129-130
• 读硕士学位期间的研究成果130-131

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本文编号：1017735