werefedwithhighfatdietfor12weeks.BiochemicalmethodwasusedtodetectserumTC,TGandliverTC,TGcontentsandliverfunctionsuchasALTandAST.Oilredstaining,HEstaining,MassonstainingandSiri usredstainingwereperformedtodetectliverlipidac cumulation,hepatocytemorphologyandliverfibrosis.
AmplexTM
redsphingomyelinasekitwasappliedtode
tectASMaseactivity.WesternblotwasperformedtodetectproteinexpressionsofASMase,PPARα,PGC 1αandCPT1.Results WT+HFDgroupdisplayedhy percholesterolemiaandliverdysfunction.Levelsofliv ertriglyceride(TG)weresignificantlyhigherthanthoseinWT+Chowgroup(P<0 05orP<0 01).Meanwhile,
thehepatocytesshowedmarkedsteatosis,balloon likechanges,andfibrosis.Proteinexpression
andactivityofASMaseinliverincreasedsignificantly(P<0 01orP<0 001),whereasCPT1,PPARαandPGC 1αexpressionswerenotstatisticallysignificantcomparedwithmatchedcontrolgroup.HeterozygouslyASMase deficientmicereducedtheelevatedliverTGinducedbyHFD,aswellasimprovingballoon likechangesandliverfibrosis.Furthermore,theexpres sionsofPPARα,PGC 1αa
ndCPT1wereup regulatedinASMase+/-+HFDmicecomparedwithWT+Chow
group.Conclusions ASMasepromoteshepaticsteato sisandfibrosis,whichmayberelatedtoitsinhibitionofPPARα PGC 1αp
athway.Keywords:nonalcoholicfattyliver;acidsphingomy elinase;peroxisome;hepaticfibrosis;steatosis;signa lingpathways
网络出版时间:2022-12-1215:34:58 网络出版地址:https://kns.cnki.net/kcms/detail//34.1086.r.20221209.1427.014.html
◇神经药理学◇
高原低氧条件下红景天苷对小鼠记忆损伤的保护作用
秦宁宁1,2,申亦可1,2,程俊飞1,2,张晓静2,李文斌2,王 荣1
,2
(1.兰州大学药学院,甘肃兰州 730000;2.中国人民解放军联勤保障部队第九四 医院药剂科,甘肃兰州 730050)doi:10.12360/CPB202202020
文献标志码:A文章编号:1001-1978(2023)01-0065-06中国图书分类号:R 332;R282 71;R322 81;R338 64;R339 5;R845 22
摘要:目的 探究红景天苷在高原低氧条件下改善小鼠学习记忆能力的作用。方法 48只C57BL/6J♂小鼠按体重随机分成平原对照组、高原模型组和红景天苷组,每组16只,各组动物按剂量预防给药3d后急进海拔4010m的高原,缺氧暴露1d后进行Morris水迷宫实验测试小鼠学习记忆能力;测定丙二醛(MDA)、过氧化氢(H2O2)、谷胱甘肽(GSH)、谷氨酸含量及超氧化物歧化酶(SOD)、乙酰胆碱酯酶(AChE)活力;通过HE染色及尼氏染色观察海马组织病理学变化;通过Westernblot法检测谷氨酸受体1(Grin1)和Bax、caspase 3的表达。研究高原低氧条件下红景天苷对小王国维治学三境界
托马斯简笔画
收稿日期:2022-08-11修回日期:2022-10-10
基金项目:国家自然科学基金资助项目(No82173738);军队后勤科
研项目(
NoCLB19J049)作者简介:秦宁宁(1996-),女,硕士生,研究方向:高原药物抗缺
氧,
E mail:qinnn2019@163.com;王 荣(
1969-),男,博士,教授,博士生导师,研究方向:高原药代动力学等,通信作者,E mail:wangrong 69@163.com
鼠记忆损伤的保护作用,并初步探讨其保护机制。结果 与高原模型组比较,给予红景天苷后能明显缩短小鼠潜伏期、增加穿越平台次数,不同程度的降低小鼠脑组织MDA、H2O2、谷氨酸含量及AChE活力,增加GSH含量及SOD活力,改善海马体中的神经元损伤,降低海马组织中Grin1和凋亡蛋白Bax、caspase 3的表达。结论 红景天苷可以减轻氧化应激损伤、调节神经递质水平、缓解海马组织损伤并减少神经元凋亡,最终改善由高原低氧造成的小鼠记忆损伤。关键词:红景天苷;高原低氧;学习记忆;氧化应激;神经递质;凋亡
开放科学(资源服务)标识码(OSID):
高海拔地区低压低氧的环境会造成记忆障碍、
睡眠障碍、情绪障碍等与脑功能相关的影响[1-3]
。
低压低氧引起的记忆损伤通常与活性氧(reactiveoxygenspecies,ROS)的产生、神经递质及调节剂水平的变化、海马神经变性等有关。目前,虽然已经充分证明不同海拔高
度和持续时间对记忆功能有不同·
56·中国药理学通报 ChinesePharmacologicalBulletin 2023Jan;39(1):65~70
程度的损害,但却尚未开发出广泛有效的药物来改善这种损伤。目前常用的治疗高原低氧损伤的药物主要有乙酰唑胺、地塞米松等,但由于其存在副作
用,不建议用于预防[4]。因此,在高原低氧条件下
评估以寻找对记忆损伤有效的预防药物具有重要意义。
红景天苷是红景天属药用植物的主要活性成分,已被证实具有抗癌、抗氧化及神经保护作
用[5-7]。但是对于红景天苷神经保护作用过程中所
涉及的作用机制还有太多的不明确关系,其研究尚停留在实验基础阶段。在本研究中,我们旨在评估红景天苷是否能够改善高原低氧造成的小鼠记忆障碍,并进一步探讨了红景天苷是否通过减轻氧化应激损伤、调节神经递质水平及减少神经元凋亡来改善高原低氧造成的记忆损伤。1 仪器与材料
SPF级C57BL/6J小鼠,♂,体质量(20±2)g,由斯贝福(北京)生物技术有限公司提供[实验动物许可证号:SCXK(京)2019-0010]。
红景天苷(宝鸡晨光生物,批号:HS181211S1,纯度≥98%);SOD试剂盒(批号:20210819)、MDA测定试剂盒(批号:20210628)、GSH测试盒(批号:20210819)、H2O2测试盒(批号:20210625)、谷氨酸测试盒(批号:20210926)、A CHE测试盒(批号:20210712)均购自南京建成生物工程研究所。Bax、caspase 3、Grin1抗体,辣根过氧化物酶(horsereddishperoxidase,HRP)标记二抗均购自proteintech公司。 Panlab水迷宫(深圳市瑞沃德生命科技有限公司);MDF U2086S超低温冰箱(SANYO);3K15型4℃高速台式冷冻离心机(sigma);Tissuelyser 24多样品组织研磨机(上海净信实业发展有限公司);SpectraMaxi3型全自动荧光酶标仪(Molecular)等。2 方法
2.1 动物模型的建立及分组 将实验小鼠随机分成平原对照组(Con组)、高原模型组(Hyp组)、红景天苷组(Sal组),每组16只。Con组和Hyp组的小鼠给予等量的灭菌注射用水,Sal组给予10mg·
kg-1的红景天苷。
适应性喂养3d后,各组小鼠按剂量预防灌胃给药3d后急进青海玉树巴塘全军高原环境损伤防治重点实验室(海拔4010m),运送途中果冻补水。抵达高原后,缺氧暴露1d,期间继续每日按剂量给药,自由获取食水,于末次给药1h后开始实验。平原组的小鼠与高原组同时开始实验。
2.2 Morris水迷宫行为实验 Morris水迷宫由一
个直径1
20cm的灰色圆形水池组成,水池壁标有4个明显标记,并以此将水池分为4个象限,即第1、2、3和4象限。平台位于第1象限中间位置,水深为高出平台1c
m,水温控制在(19~21)℃,如Fig1所示。实验历时6d,前5d学习记忆训练,每天将小鼠面向池壁分别从不同象限的入水点放入水中,记录其找到平台所需的时间,即为潜伏期。如果在60s内找不到平台,则将其引导至平台并停留10s,潜伏期记为6
0s,每日进行两次测试,计算每个训练日的平均值。d6为正式实验,
记录小鼠在没有平台的情况下游泳60s
内的潜伏期及穿越平台次数。
Fig1 SchematicdiagramofMorriswatermazeexperiment
2.3 小鼠脑组织氧化应激指标的测定 按照试剂盒说明书检测小鼠脑组织MDA含量、H2O2含量、GSH含量和SOD活力。
独活寄生丸2.4 小鼠脑组织及血清神经递质的测定 通过摘眼球采血留取小鼠血液标本0
5mL,室温下静置2h后4500r·min-1
离心10min获取血清。小鼠颈椎脱臼处死,获取脑组织。按照试剂盒说明书检测
小鼠脑组织及血清中的谷氨酸含量及A
ChE活力。2.5 小鼠脑组织HE染色及尼氏染色 用多聚甲醛固定液固定小鼠脑组织,组织固定好后切片,脱蜡至水,进行苏木精-伊红染色或尼氏染色、脱水封片。
2.6 蛋白印迹法 取小鼠海马体组织加入预冷的RIPA裂解液(含1%PMSF),置于冰上进行匀浆,充分研磨后继续置于冰上裂解30min,4℃12000r·
min-1离心10min,取上清液。用10%SDS PAGE
凝胶在恒压条件下电泳后转至PVDF膜上,在室温下与5
%脱脂牛奶孵育2h。在4℃下条带与一抗孵育过夜(Bax1∶1000;caspase 31∶500;Grin11∶1000;β actin1∶3000)。1×TBST洗涤3次,每次10min,并在室温下孵育二抗1h。1×TBST洗3
·
66·中国药理学通报 ChinesePharmacologicalBulletin 2023Jan;39(1)
次,每次10min,显影。
2.7 统计学处理 使用SPSS25 0软件进行统计学分析。结果以均数±标准差表示。组间比较采用单因素方差分析(ANOVA)。3 结果
3.1 红景天苷对小鼠学习记忆的影响 Morris水迷宫实验是一项广泛用于研究学习记忆的方法,本文首先通过测试小鼠潜伏期及穿越平台次数研究小鼠学习记忆情况。结果如Fig2所示,与Con组相比,
无锡博物馆Hyp组小鼠潜伏期从d3开始明显增加,穿越平台次数明显下降;与Hyp组相比,Sal苷组小鼠潜伏期在d3开始明显降低,穿越平台次数明显增加(均P<0 05),说明红景天苷可以改善高原低氧条件下小鼠的学习记忆能力。
3.2 红景天苷对小鼠脑组织氧化应激指标的影响 高原低氧环境造成的氧化应激会对小鼠脑组织神经元造成损伤,研究结果显示,与Con组比较,Hyp组小鼠脑组织MDA和H2O2含量明显升高,GSH含量明显降低。与Hyp组比较,红景天苷能降低小鼠
脑组织中MDA和H2O2含量,提高GSH含量及SOD活力,表明红景天苷可以减轻氧化应激损伤(P<0 01),见Tab1。
3.3 红景天苷对小鼠脑组织及血清神经递质的影响 乙酰胆碱(
ACh)及谷氨酸在学习记忆过程中起重要的作用,而AChE活力会直接影响乙酰胆碱的含量。本部分主要通过测定组织及血清中AChE活力及谷氨酸含量等方面来进一步评价红景天苷对低氧记忆损伤的改善作用。如Tab2所示,与Con组比较,
Hyp组小鼠脑组织和血清中乙酰胆碱酯酶活力明显升高,给予红景天苷后明显下降(P<0 05或P<0 01)。在Hyp组中谷氨酸含量及谷氨酸受体(Grin1)表达明显增高,红景天苷预防给药可明显降低其含量及受体的表达(
P<0 05或P<0 01),如Fig3所示,表明红景天苷可以通过调节神经递质水平改善小鼠的记忆能力。
3.4 红景天苷对小鼠脑组织病理变化的影响 海马体是大脑中学习记忆的重要区域,尼氏小体分布于神经细胞内,
当尼氏小体染色变淡甚至溶解消失
Fig2 Theprotectiveeffectofsalidrosideonmemorydeficitsinmiceinducedbyhighaltitudehypoxia(n=16)
A:RepresentativetrajectoriesduringMorriswatermazetraining(withplatform)andprobetrials(withoutplatform);B:Latencying;C:Numberof
platformcrossing. P<0 05, P<0 01vsCon;#P<0 05,##P<0 01vsHyp
Tab1 Effectsofsalidrosideonoxidativestressindicatorsinmice(珋x±s,n=8)
GroupMDA(nmol·mgprot-1
)
H2O2
(nmol·gprot-1
)GSH(mg·gprot-1
)
SOD(U·mgprot-1
)Con9.58±0.61
28.00±1.57
7.28±1.31
151.22±10.89
Hyp15.29±1.66
32.39±2.04
5.45±1.03
148.52±11.51
Sal
10.39±1.33
##
29.56±2.11
##
7.10±0.42
##
169.76±12.04
## P<0 01vsCon;##
P<0 01vsHyp.
Tab2 Effectsofsalidrosideonneurotransmittersinmice(珋x±s,n=8)
GroupBraintissue
Glutamate(μ
mol·gprot-1
)A CHE(U·mgprot-1
)
Serum
Glutamate(μ
关于毕业的歌曲mol·L-1
)A CHE(U·mL-1
)
证券从业
Con59.26±8.18
0.88±0.06
53.09±5.97
42.88±3.05
Hyp121.17±5.79 0.99±0.05 110.97±7.77 50.21±4.49 Sal
76.44±9.85
##0.87±0.17
#51.45±7.84
##45.76±3.30
# P<0 05,
P<0 01vsCon;#P<0 05,##P<0 01vsHyp
·
76·中国药理学通报 ChinesePharmacologicalBulletin 2023Jan;39(1)
Fig3 Effectofsalidrosideonexpression
ofGrin1inmousehippocampus
P<0 05vsCon;#P<0 05vsHyp
时,表明神经细胞受到损伤情况。在高原低氧条件下,小鼠脑组织神经元的结构完整性会受到影响,通过HE染色观察海马神经元结构完整性,尼氏染色进一步反映神经元功能活性。由Fig4可以看出,Con组小鼠的海马体神经元排列整齐,结构完整,核结构清晰,未出现明显病理变化(Fig4A a),海马体尼氏小体含量丰富(Fig4B a);Hyp组小鼠的海马体神经元结构受到损害,核固缩明显(Fig4A b),尼氏小体数量减少(Fig4B b);预防给予红景天苷可以缓解这些损伤(Fig4A c),增加尼氏小体数量(Fig4B c),表明红景天苷可以缓解高原低氧对小鼠脑组织神经元的损伤。3.5 红景天苷对小鼠海马神经元Bax和caspase 3
表达的影响 学习记忆功能障碍是由神经元受损或凋亡引起,而凋亡过程主要与Bcl 2和caspase家族相关。如Fig5所示,与Con组比较,Hyp组小鼠海马中Bax和caspase 3含量明显升高,给予红景天苷后明显下降(P<0.05或P<0 01),结果表明中,在高原低氧条件下红景天苷可以抑制小鼠脑组织神经元的凋亡。
4 讨论
高原低氧会导致组织氧气供应失衡,缺氧会严重损害人类的认知和学习[8]。Morris水迷宫实验是一项公认通过动物行为学来研究学习记忆的方法,可以减少气味痕迹的干扰,被广泛用于空间学习和记忆的神经生物学和神经药理学研究。Xu等[9]用小鼠在Morris水迷宫中潜伏期及穿越平台次数等指标研究药物对认知功能的改善作用。本研究在高原低氧下进行Morris水迷宫测试,结果显示,与Hyp组相比,Sal组潜伏期明显减少,穿越平台次数明显增加,这些数据表明小鼠花费了更少的时间来寻找平台,并且在平台处多次探索,说明在高原低氧下红景天苷提高了小鼠的记忆能力。
低氧诱导的氧化应激是许多神经退行性疾病的病因。低氧环境下相关ROS生成和抗氧化保护之间的不平衡会导致生物分子的氧化损伤,其中包括H
2内审员培训
O
2
等自由基。ROS会诱导脂质氧化产生MDA,造成脑组织神经细胞的损伤和凋亡,导致学习与记忆功能障碍[10]。SOD和GSH作为抗氧化剂系统可以消除体内ROS,对机体起到保护作用[11]。研究结果显示,红景天苷可以减少高原低氧条件下小鼠脑
组织中MDA、H
2
O
热冬果2
含量,提高GSH含量及SOD
活
Fig4 Thepathologicalchangesinmousebraintissues
(A)HEstainingofmousebraintissue(20×),(B)Nisslstainingofmousebraintissue(20×).a:Congroup;b:Hypgroup;c:Salgroup·
8
6
·中国药理学通报 ChinesePharmacologicalBulletin 2023Jan;39(1)
Fig5 EffectsofsalidrosideonexpressionofBax
andcaspase3inmousehippocampus
P<0 01vsCon;#P<0 05,##
P<0 01vsHyp.
力,表明红景天苷可以通过减轻氧化应激损伤改善小鼠记忆能力。
乙酰胆碱和谷氨酸与神经元信息传递、营养发育和学习记忆等过程有着紧密的联系。神经递质的水平会影响神经元的功能,包括神经递质的含量及参与神经递质释放过程的分子和靶标。乙酰胆碱是与学习、记忆密切相关的重要中枢胆碱能神经递质,海马中ACh水平的降低能够引起学习记忆障
碍[12],含量水平与AChE活性相关。正常生理状态
下,AChE能够维持ACh含量的稳定,避免其对于突触后膜受体的过度刺激;病理条件下,AChE活性的异常升高,使ACh降解速度加快,从而造成含量显著降低,生物信号不能得到正常传导。另外,谷氨酸是人体内重要的神经递质,参与维系脑部的血液循环,调控人脑的功能;其在人体内属低水平游离氨基
酸,含量过高(细胞毒性)引起认知功能障碍[13]。在
本研究中,红景天苷可以降低小鼠脑组织和血清中的乙酰胆碱酯酶活力及谷氨酸含量,同时降低Grin1的表达,表明红景天苷可能通过调节神经递质水平改善小鼠记忆能力。
海马体是大脑中学习和记忆的重要区域,因此
海马神经元的结构和功能备受关注[14]。有研究表
明,急性高原缺氧下大鼠海马体严重受损,锥体细胞
数量减少,色酸性凝结和神经变性[15-16]
。病理实验
结果表明,高原低氧条件下小鼠海马体的神经元紊乱变性甚至凋亡,给予红景天苷可以缓解神经元的损伤。缺氧环境会增加海马体中caspase 3表达的
增加并诱导海马神经元的凋亡[17-18]。本研究结果
显示,红景天苷可以减少促凋亡因子Bax及caspase 3的表达,
表明红景天苷可以抑制神经元凋亡,保护海马神经元免受急性高原缺氧损伤。
综上所述,高原低氧条件下红景天苷可以通过减少氧化应激损伤/调节神经递质水平以及抑制神经元凋亡来减轻急性缺氧诱导的记忆障碍。因此,本研究为将红景天苷作为改善急性高原低氧下认知障碍的潜在治疗药物提供了理论基础。参考文献:
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