脑血流低灌注所致脑白质损伤在帕金森病认知障碍中的作用及机制研究

发布时间：2017-05-04 05:11

  本文关键词：脑血流低灌注所致脑白质损伤在帕金森病认知障碍中的作用及机制研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：帕金森病(Parkinson's disease, PD)是一种好发于中老年人群中的神经系统变性病,其运动症状包括：运动迟缓、静止性震颤、肌强直和姿势步态障碍,非运动症状包括：认知障碍、睡眠障碍、精神障碍、自主神经功能障碍,目前除运动障碍症状影响患者日常生活能力外,非运动症状也给患者及其家庭带来极大困扰,尤以非运动症状中的认知功能障碍较为明显。帕金森病认知障碍包括帕金森病轻度认知障碍(PD-MCI)和帕金森病痴呆(PDD)PD早期可出现认知功能障碍,'D-MCI发病率约占20%-50%,目前认为PD-MCI是发展为PD伴痴呆的过渡期,可增加PD患者的死亡率并加重家庭的负担。PD早期即可出现认知功能受损,主要表现在执行功能、记忆、视空间、注意力等方面。D-MCI越来越受到重视,2012年国际运动障碍协会又重新定义了PD-MCI的定义。为了早期发现PD患者认知功能的改变,多个研究运用影像学工具探讨脑实质的变化与PD认知功能障碍的关系。本课题组早期通过弥散张量成像(Difusion Tensor Imaging, DTI)技术利用磁共振扩散敏感梯度对脑组织内水分子的扩散进行量化,定量分析脑白质微结构的变化,发现PDD和PD-MCI患者比认知功能正常患者左侧额叶、右侧颞叶及双侧前扣带回各向异性(Fractional Anisotmpy, FA)值有下降,且PDD患者在左侧前扣带回和胼胝体FA值下降更明显。同时本课题组进一步研究发现PD-MCI的发生与特征性局部脑白质纤维完整性异常相关,部位主要包括、顶上小叶、楔前叶、枕中回,楔叶及颞中回等脑白质纤维结构的完整性受损。基于以上研究我们认为脑白质纤维完整性与PD患者认知功能相关,且是加速PD认知功能障碍的重要原因。脑白质疏松是脑白质纤维改变的一种表现形式,是Hachinski在1987年提出的影像学术语,在磁共振T1加权成等或低信号,T2加权及液体衰减反转恢复序列(FLAIR)成高信号,主要用来描述脑室周、皮质下、半卵圆区脑白质片状或斑点状改变。目前公认脑白质疏松与正常老年人和阿尔茨海默症患者认知功能下降有关,尤其是侧脑脑室脑白质疏松,疏松的程度与认知功降呈正相关。进而有研究也发现PD患者认知功能下降与前额叶、顶叶、枕叶白质疏松有关,特别是脑深部白质疏松,其中以额叶、顶叶最为显著。然而在认知功能障碍中,记忆损害往往是人们较早注意的症状。那么脑白质疏松与PD患者记忆下降是否有关呢?值得注意的是,PD患者主诉记忆下降给PD患者的生活带来极大困扰。有研究认为记忆损害占PD患者的13%,视空间障碍占11%,注意力和执行功能障碍占10%,记忆损害占比重较大。Petersen按照记忆是否受损规定PD-MCI患者亚分型：单项记忆受损型(aMCI-SD, amnestic single-domain MCI);单项非记忆受损型(naMCI-SD, nonamnestic single-domain MCI);多项记忆受损型(aMCI-MD, amnestic multiple-domain MCI);多项非记忆受损型(naMCI-MD, nonamnestic multiple-domain MCI)。Apostolova研究为单项记忆损害型PD患者有左侧枕角变大的趋势,而侧脑室的增大与侧脑室旁白质疏松相关。Lee等研究认为,额叶、顶叶、枕叶和侧脑室旁脑白质疏松与PD患者的即时记忆和延迟记忆下降相关。脑白质疏松常出现在侧脑室旁,并且侧脑室旁白质是由胼胝体、基底节区等复杂的环路系统组成,这些环路与记忆、情感等认知功能障碍有关,因此侧脑室旁脑白质疏松可造成内侧边缘环路、基底外侧边缘环路、防御环路等纤维中断,最终导至记忆损害。因此我们要对PD-MCI患者的亚分型进一步研究是有必要的。脑白质疏松是因缺血、低灌注、血脑屏障破坏等造成的脑白质损害,而侧脑室旁白质多由终末动脉供血,缺乏侧枝循环,往往是动脉的分界区(分水岭区),分水岭区是远端灌注区,当脑血流量中度下降时,脑室旁白质可能产生严重缺血,导致白质损伤。脑白质疏松是一种慢性脑血流低灌注的病理过程,但是脑白质纤维的改变有可能会在脑血流低灌注的早期出现。因此,本研究结合动物实验,探讨脑白质纤维的改变与PD认知功能障碍的关系。首先构建PD鼠模型,运用小鼠行为学实验(水迷宫、旷场试验、爬杆实验)筛选出认知功能障碍小鼠,通过对PD认知功能障碍小鼠双侧颈动脉缩窄,最终构建PD认知功能障碍合并脑血流低灌注鼠模型,近而通过免疫组织学观察早期脑血流低灌注和晚期脑血流低灌注对模型鼠脑白质纤维改变的影响及脑白质纤维的改变与认知功能的关系。脑白质疏松是一个慢性脑血流低灌注的病理过程,当脑白质疏松出现并有认知功能障碍时,脑白质纤维的改变已经到了不可逆转的程度。DTI等功能影像学工具可以早期观察脑白质纤维的完整性,但是并不能阻止脑白质纤维改变的进程及其对PD患者认知功能的影响。因此应从分子水平上研究脑白质纤维的改变对PD患者认知功能的影响。目前有研究认为脑白质损害与脑脊液中一些生物标记蛋白有关,如金属基质蛋白酶(MMPs)、碱性髓鞘蛋白(MBP)、神经细丝蛋白轻链。一项LADIS研究认为小血管病痴呆的患者的注意力和执行功能与脑脊液中金属基质蛋白酶和脑白质纤维的改变有关,其中金属基质蛋白酶9(MMP9)与脑白质改变的进展有关,金属基质蛋白酶3(MMP3)与脑回萎缩有关。MMPs家族一般与轴突蛋白变性有关,如：MBP、神经细丝蛋白轻链,其中MMP3又称为间质溶解素,目前发现它可以降解细胞外基质蛋白的降解、参与血脑屏障的破坏及新生血管的再生。活化的MMP3还可以激活MMP9。研究发现,在PD患者中MMP3在胶质细胞激活、T淋巴细胞渗透、血脑屏障受损和血管的病变中发挥了重要作用。除此之外,MMP3还与轴突的生长、胶质细胞的迁移和学习记忆的突触重塑有关。金属基质蛋白酶的激活往往与胶质细胞的激活有关,少突胶质前体细胞(OPCs)是一种具有分化功能的胶质干细胞,他可以增殖分化成少突胶质细胞,而少突胶质细胞又是髓鞘的重要组成部分,因此OPCs的活化、增殖与分化与脑白质纤维髓鞘有重要联系。正常情况下OPCs存在于前脑脑室下区、后脑和脊髓的腹侧区,处于相对静状态,数量也相对稳定。当脑白质纤维脱髓鞘时,OPCs被激活,体积增大,出现粘蛋白NG2阳性细胞标志,并进行增殖。2012年,JiHaeSeo等发现在大脑低血流灌注鼠模型中,脑白质损伤区域少突胶质前体细胞(OPCs)表达MMP9增多,引起血脑屏障损害,导致白质纤维脱髓鞘,而引起认知功能的下降。有研究还认为OPCs对于受损脑白质纤维不仅有修复作用,还有很强的损害性,脑白质受损后,OPCs大量激活,产生大量MMPs,MMPs可增加血脑屏障渗透率,引起脑白质水肿,导致脑白质脱髓鞘,从而引起认知功能下降。本研究通过免疫组织观察OPCs.MMP3和MMP9 在PD认知功能障碍鼠脑血流低灌注3天(早期)、脑血流低灌注28天(晚期)脑白质纤维中的分布。同时,运用Western bloting观察OPCs的特异蛋白(NG2)MMP3、MMP9在脑白质纤维中的表达,并结合血清中MMP3、MP9检测,观察早期低灌注和晚期低灌注OPCs增殖迁移、MMP3和MP9的表达对脑白质纤维改变和认知功能的影响。本研究包括以下主要内容：1.脑白质疏松在记忆损害型PD-MCI患者中的研究。2.少突胶质前体细胞(OPCs)及相关金属基质蛋白酶(MMP3和MMP9)在帕金森认知功能障碍脑血流低灌注鼠模型中的研究。第一章脑白质疏松在记忆损害型帕金森病轻度认知障碍患者中的研究目的：探讨脑白质疏松在记忆损害型PD轻度认知功能障碍患者中的影响。方法：根据神经心理学测验结果,将PD患者102例分别分为记忆力受损组30例、非记忆力受损组35例和认知正常组37例,同时。运用Scheltens视觉评定量表评估脑白质疏松程度,比较3组侧脑室旁(侧脑室额角高信号+脑室旁线状高信号+侧脑室枕角高信号)、脑深部白质(额叶高信号+颞叶高信号+顶叶高信号+枕叶高信号)、基底节区、小脑幕下区脑白质疏松程度差异。结果：3组额叶、顶叶、枕叶、颞叶等脑深部白质及枕叶帽状、侧脑室线状、基底节、幕下高信号比较,差异无统计学意义(P0.05)。记忆受损组额叶帽状高信号、侧脑室旁白质高信号较认知正常组和非记忆受损组明显增高,差异有统计学意义(P0.05)。记忆受损组受教育年限较认知正常组和非记忆受损组明显降低,差异有统计学意义(P0.05)。结论：侧脑室旁脑白质疏松,尤其侧脑室额角脑白质疏松可能会导致PD-MCI患者的记忆受损；教育程度可能是帕金森病轻度认知障碍患者的一个认知储备。第二章 少突胶质前体细胞(OPCs)及金属基质蛋白酶(MMP3、MMP9)表达在帕金森病认知功能障碍患者中的研究目的：构建PD合并脑血流低灌注小鼠模型,观察少突胶质前体细胞在早期低灌注和晚期低灌注组中的增殖、MMP3和MMP9的表达及脑白质纤维的改变,揭示脑血流低灌注对于PD鼠脑白质纤维改变的影响及脑白质纤维的改变与认知功能改变的关系。方法：构建PD鼠模型,通过小鼠行为学检测筛选PD鼠认知障碍模型。再缩窄小鼠双侧颈动脉,最终为PD鼠认知障碍合并脑血流低灌注模型。根据PD鼠缩窄双侧颈动脉时间,分为早期低灌注(3天组)和晚期低灌注(28天组)。最后早期低灌注分组：正常组(control组)8只、生理盐水组(sham组)9只、PD认知正常组(PD-CN组)6只、D-MCI组(PD-MCI组)6只、单纯低灌注组(BCCAs组)6只、PD合并脑血流低灌注组(PD-CN+BCCAs组)6只、PD-MCI合并脑血流低灌注组(PD-MCI+BCCAs组)6只。晚期低灌注小鼠分组：正常组(control组)10只、生理盐水组(sham组)9只、PD认知正常组(PD-CN组)9只、PD-MCI组(PD-MCI组)10只、单纯低灌注组(BCCAs组)8只、PD合并脑血流低灌注组(PD-CN+BCCAs组)8只、PD-MCI合并脑血流低灌注组(PD-MCI+BCCAs组)8只。处理各实验组,免疫荧光和Western-bloting蛋白半定量(WB)观察OPCs在胼胝体区的分布；LBF染色观察脑白质纤维变化；免疫组织化学方法和WB观察MMP3、MMP9在脑白质纤维中的分布和表达；ELISA检测小鼠外周血MMP3和MMP9。结果：(1)PD认知障碍合并脑血流低灌注模型构建成功。(2) PD-MCI+B组和PD-MCI组NG2蛋白免疫荧光强度强于PD-CN+B组和PD-CN组,并随着脑血流低灌注时间的延长免疫荧光强度较大。胼胝体区NG2蛋白灰度分析示：PD-MCI+B组NG2表达高于PD-CN+B组：随着脑血流低灌注时间的延长免疫荧光强度较大。(3)PD-MCI+B组和PD-MCI组比PD-CN+B组和PD-CN组胼胝体区脑白质纤维出现较多空泡,或者出现断裂比,随着脑血流低灌注时间的延长,脑白质纤维改变越重。(4)PD-MCI+B组和PD-MCI组MMP3和MMP9表达比PD-CN+B组和PD-CN组明显,并随着脑血流低灌注时间的延长表达增多。胼胝体MMP3和MMP9的分布也有类似之处,但是28天PD-MCI+B组和PD-CN+B组差异不大。(5)慢性脑血流低灌注(28天组)较急性脑血流低灌注(3天组),OPCS增殖明显,通过免疫荧光与免疫组化发现OPCs增殖和MMP3、MMP9表达在PD-MCI+B组和PD-MCI组分别比PD-CN+B组和PD-CN组明显。OPCs增殖和AMMP3、MMP9表达呈正相关。结论：1.首次构建PD认知障碍合并脑血流低灌注模型。2.OPCs增殖可能会影响PD鼠认知功能的下降。3.脑血流低灌注引起的脑白质纤维改变与PD认知障碍有关,并且低灌注时间越长脑白质纤维改变越严重。4.脑血流低灌注引起的MMP3和MMP9表达会导致PD鼠认知功能下降,可能是因为MMP3和MMP9表达导致脑白质纤维改变,从而引起PD小鼠认知功能的下降。5.脑血流低灌注可以激活OPCs,OPCs增殖并产生MMP3,引起多巴胺能神经元凋亡和血脑屏障破坏、纤维脱髓鞘一系列反应,参与PD和PD认知障碍的发病过程。
【关键词】：帕金森病轻度认知障碍 脑白质疏松 记忆损害 帕金森病认知障碍 脑血流低灌注 脑白质纤维 少突胶质前体细胞 金属基质蛋白酶
【学位授予单位】：南方医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：R742.5
【目录】：

• 摘要3-9
• ABSTRACT9-19
• 前言19-23
• 第一章 脑白质疏松在记忆损害型帕金森病轻度认知障碍患者中的研究23-30
• 1. 研究对象与方法24-26
• 2. 结果26-28
• 3. 讨论28-29
• 4. 结论29-30
• 第二章 少突胶质前体细胞及金属基质蛋白酶在帕金森病认知功能障碍患者中的研究30-69
• 1. 材料与方法32-33
• 2. 实验动物与分组33-35
• 3. 方法35-36
• 4. 标本的收集与处理36-42
• 5. 结果42-61
• 6. 讨论61-67
• 7. 结论67
• 8. 全文小结67-69
• 参考文献69-77
• 中英文对照缩略词表77-78
• 攻读学位期间成果78-79
• 致谢79-80

【共引文献】

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本文编号：344466