当前位置: 首页 > 期刊 > 《卫生研究》 > 1999年第4期
编号:10260739
神经元烟碱乙酰胆碱受体受阻滞所致早老型痴呆动物模型的建立
http://www.100md.com 《卫生研究》 1999年第4期
     作者:刘洁生 谢丽玲 洪岸 陈式FDA1

    单位:暨南大学生物工程学系,广州 510632

    关键词:K-银环蛇毒素;动物模型;学习记忆;行为

    卫生研究/990421 摘要 海马区内注射K-银环蛇毒素(K-BGT)可造成小鼠学习记忆明显障碍,以建立早老性痴呆(AD)患者学习记忆缺损模型。对小鼠的损害作用随K-BGT剂量增加而明显增加。水迷宫多项指标测试结果表明,K-BGT损害组小鼠与对照组小鼠相比,空间学习和记忆能力显著下降。明暗回避反应实验结果也表明,K-BGT损害小鼠潜伏期明显缩短,错误次数增多;两种检测方法均表明K-BGT可导致小鼠学习记忆明显障碍,而且这种损害具有持久的作用。

    中图分类号 R996.3 Q593.2 R338.26

    Animal model for Alzheimer's disease based on the blockade of
, 百拇医药
    neuronal nicotinic acetylcholine receptors

    Liu Jiesheng,Xie Liling,Hong An,Chen Shiqiu

    Department of Biotechnology,Jinan University,Guangzhou 510632,China

    The intrahippocampus injection of Kappa-bungarotoxin (K-BGT) caused a significant impairment in learning and memory abilities of mice,in order to create an animal model for Alzheimer's disease. The spatial learning and memory abilities in the Morris water maze in the model group (K-BGT impaired mice)decreased significantly compared with control group. K-BGT impaired mice also showed learning and memory reduction with shorter latency and more mistakes in step-through test.
, 百拇医药
    Key words:Kappa-bungarotoxin,animal model,learning and memory,behavior

    一般认为老年性记忆力下降与胆碱能神经活动减弱有关[1,2]。研究发现,早老性痴呆(Alzheimer's disease,AD)患者脑组织乙酰胆碱数量减少,大脑皮层胆碱乙酰化酶(ChAT)和乙酰胆碱脂酯(AChE)活性都降低。乙酰胆碱是记忆痕迹形成的必需神经递质和长期记忆的生理基础,因此损害中枢胆碱能神经系统,可造成早老性痴呆动物模型。

    胆碱能神经活动与两类受体有关,其一是毒蕈碱受体,即M-受体,其二为烟碱受体,即N受体。以胆碱能学说为依据,已建立了数种AD动物模型,多以阻滞胆碱能M受体为基础[3],尚未见选择性阻滞脑内烟碱乙酰胆碱受体(nAChRs)的动物模型的报道[4]

, 百拇医药     银环蛇毒素(Kappa-bungarotoxin,K-BGT)是Kappa-神经毒素家族(Kappa-neurotoxins,K-NTs)的首位成员。Chiappinelli于1983年从台湾产银环蛇毒中纯化[5],目前已公认其为脑内烟碱受体α3β2亚型的特异性阻断剂。由于发现早老性痴呆症(AD)患者大脑皮质中与K-BGT结合的烟碱乙酰胆碱受体(nicotinic acetylcholine receptors,nAchRs)数量显著减少[6],提示α3β2亚型受体可能与学习记忆活动密切相关。

    本文以K-GBT毒素为工具,通过阻滞脑内海马α3β2亚型受体的功能,模拟AD患者学习记忆缺损模型,开展AD有关的病理机制研究,也为益智类食品和药物筛选提供一种新的模型。

    1 材料和方法
, 百拇医药
    1.1 实验材料

    选昆明种小鼠,体重18~22g,由中山医科大学实验动物中心提供。K-BGT,电泳纯,按文献制备[7],标准品由美国Chiappinalli,VA实验室提供。

    实验数据以±s表示;显著性检验采用t检验和χ2检验。

    1.2 实验方法

    1.2.1 行为测试

    迷宫由圆形水池及自动录相和记录系统两部分组成。水池直径60cm,水池深30cm,水深25cm,水温(26±1)℃,水中加有墨汁。

    实验时将水池人为划分为A,B,C,D四个象限区,见图1。在A区中放置一个直径4cm的平台,没于水下1cm,以平台中心辐射半径5cm的区域为E区,实验时按图1将小鼠面向池壁,从Ⅰ点放入小池,自动录象系统记录小鼠找到平台的时间(逃避潜伏期)和游泳路径。每只小鼠每天6次(上下午各3次),连续6天,轮流进行,于第6天第二轮结束后,撤去平台,记录1min内小鼠在池中游泳路径,并计算小鼠在水池各象限及在E区游泳距离占游泳总距离的百分比,进出A区和E区次数,作为评价小鼠学习成绩的指标。Morris水迷宫及避暗法行为测试过程见参考文献[8]
, http://www.100md.com
    图1 Morris水迷宫训练示意图

    1.2.2 动物分组及处理

    雄性小鼠随机分为对照组和模型组,每组10只。小鼠经腹腔注射戊巴比妥钠(40mg/kg),麻醉后固定在脑立体定位仪上,切开头皮,在颅骨上钻一小孔,按图谱在Bregma后2.0mm,左右旁开2.5mm处给小鼠海马区注射1μl生理盐水或K-BGT(3.25μg/kg或9.75μg/kg),注射时间为1min,留针时间1min,注射后立即用牙科水泥封闭颅骨创口,缝合皮肤。每只小鼠每天腹腔注射青霉素钠3.2万单位,连续10天,测试于术后第二天进行。

    2 结果

    2.1 K-BGT对小鼠空间学习记忆的影响

    小鼠在morris水迷宫中5天对位置识别训练的结果见图2,每个点为每天6次, 每组10只小鼠训练总成绩的平均值。在5天的训练中,对照组的逃避潜伏期不断缩短,第4天比第1天缩短了58.3%,而模型组比第1天仅缩短了16.7%。训练第2天,模型组逃避潜伏期比对照组长56.4%,两组相比,差异显著(P<0.05),以后各天两组差距加大。
, http://www.100md.com
    图2 K-BGT对空间学习记忆的影响

    ①NS+NS ②NS+K-BGT

    在5天训练期结束后,于第6天撤去平台,以小鼠在平台A区和以平台为中心的半径为5cm环内(E区)进出次数及游泳距离占总游泳距离百分比为衡量记忆好坏指标,模型组进入E区次数比对照组少48.9%,进入A区次数少56.5%,两者差异显著(P<0.05),表明K-BGT对小鼠空间方位记忆能力有一定影响。

    小鼠在A区游泳距离占总游泳距离百分比,对照组为30.2%,模型组为21.2%,模型组比对照组相应指标低33.1%。

    小鼠游泳方式典型轨迹见图3。在5天训练期结束后,于第六天撤去平台,小鼠空间搜索过程的游泳轨迹在对照组多以A区为主,即绕平台游泳占40%,穿梭样寻找占30%,作环池游泳占30%,而模型组绕A区游泳仅为总距离20%,穿梭样寻找占30%,环池游泳为主要方式,占50%。经χ2检验,显示各种搜寻方式的构成比在两组中有明显差异(P<0.05),这一结果表明模型组小鼠学习行为模式发生了改变。
, 百拇医药
    图3 小鼠游泳方式典型轨迹图

    撤去平台后的前三天,对照组A区游泳距离百分比均高于模型组(P<0.05),表明对平台位置仍保持记忆,但第4d开始记忆消退,与模型组相比已无明显差异。模型组在撤除平台后的6天中,A区游泳距离百分比未有明显变化,见图4。

    图4 撤去平台后记忆消退的情况

    上述结果表明K-BGT对小鼠空间学习记忆及行为模式均有显著的影响(P<0.05),这一模型可考虑作为制备学习记忆遗忘症的一种有用工具。

    2.2 K-BGT对小鼠避暗行为的影响

    用避暗法检测被动学习记忆。在学习过程中,对照组和模型组在5分钟内错误次数和潜伏期并无明显差别,各组小鼠一般在十几秒内即可从明区进入暗区。在遇36V电压电击24h后重新检测记忆行为时,对照组潜伏期明显延长,而模型组A及B(分别注射K-BGT3.25及9.75μg/kg)则明显减少,比对照组,K-BGT组潜伏期分别减少了32.4%和76.4%。5min内错误次数对照组为0.8±0.7,与学习前相比下降68.0%,而模型组分别为2.6±1.8和3.5±1.6,其中高剂量组(9.75μg/kg)与对照组相比差异极为显著(P<0.01)。
, 百拇医药
    图5 K-BGT对小鼠避暗行为的影响

    3 讨论

    K-GBT是K-NT家族成员之一,至今已发现有4个家族成员,阻断小鸡睫状神经节烟碱传递的剂量介乎于50~250nmol/L[9],以K-BGT毒性为最大。

    K-BGT是由66个氨基酸残基组成的多肽,对α3β2神经元烟碱受体具有选择性识别,α3β4,α2β2,α4β2不受高浓度的K-BGT影响。鼠α亚单位具有两个结合部位,α351-α370肽链中的两个带电荷的Glu51和Asp62及Leu54 Leu56和Tyr63残基对于K-GBT的结合十分重要[10],而α3亚单位无α-银环蛇毒素的结合区域,因此K-BGT是目前唯一用于识别α3β2亚型烟碱受体的毒素的工具,在脑内烟碱受体分型中具有重要作用。
, http://www.100md.com
    脑内烟碱受体α3β2亚型的功能作用至今未明.已知AD患者额叶K-BGT结合位点数量显著低于正常老年人,并且K-BGT具有抑制大鼠皮层乙酰胆碱释放的作用[6],因此可以推测α3β2亚型的变化可能与退行性智力衰退有关。海马是与学习和记忆有关的神经环路的重要部位,在海马皮质(CA3区)存在高密度的K-BGT结合部位,在痴呆症退行变化期间,海马烟碱受体数量显著下降,通向海马的胆碱能通路也退化[11]。海马部位的K-BGT结合部位,即α3β2受体,密度高是否与海马的学习记忆功能有关?通过采用K-BGT阻滞海马内α3β2亚型受体,小鼠空间方位识别能力、记忆力和避暗反应能力出现了显著的障碍。海马内一次注射K-BGT,在实验的5d训练中未见小鼠的学习成绩明显改善,提示K-BGT可能是制备学习和记忆功能障碍的有效工具。
, http://www.100md.com
    在功能食品评价与筛选中动物模型具有重要作用[12],目前应用于益智类食品或药物的痴呆模型主要以胆碱能M受体阻滞为基础[13],尚未见选择性阻滞胆碱能受体的动物模型报道。由于近年来发现一些退行性智力衰退患者脑内烟碱受体(N受体)数量显著下降,而毒蕈碱受体(M受体)总量未见明显变化[14,15]。因此,建立以胆碱能N受体阻滞为基础的AD动物模型,无论在研究AD发病机制还是在相关保健食品与药物评价和筛选中均具有一定的意义。

    * 国家自然科学基金及国务院侨办重点学科基金资助项目(No.39570238)

    作者简介:刘洁生,男,博士,教授.研究方向神经生物学及毒理学

    谢丽玲 汕头大学生物系

    参考文献
, http://www.100md.com
    1.Bartus RT,Dean RL.The cholinergic hypothesis of geriatric memory dysfunetion. Science,1982,(217):408—414

    2.Flicker C,Dean R L. Behavioral and neurochemical effects following neurotoxin lesions of a major cholinergic input to the cerebral cortex in the rat. Pharmacol Biochem Behav,1983,18:937—981

    3.Gwenns A.Animal models of alzheimer's disease:experimental cholinergic denervation.Brain Res Rev.1988,13:103—118
, 百拇医药
    4.Levin ED.Nicotinic systems and cognitive function. Psychopharmacol 1992,108:417—431

    5.Chiappinelli VA. Kappa-bungarotoxin:A probe for the neuronal nicotinic receptor in the avian ciliary ganglion.Brain Res,1983,227:9—22

    6.Sugaya K,Giacobini E,Chiappinelli VA. Nrcotinic acetylcholine receptor subtypes in human frontal cortex:Changes in Alzheimer's disease.J Neurosci,1990,27:349—359

    7.刘洁生,张旭辉,王争放,等.K-神经毒素是银环蛇(Bungarus multicinctus)蛇毒的基本成份,暨南大学学报(自然科学与医学版),1994,15(3):130—136
, 百拇医药
    8.刘洁生,陈式FDA1,谢丽玲,等.K-银环蛇毒素对小鼠被动学习和空间记忆的影响.卫生研究,1998,27(增刊):107—111

    9.Chiappinell VA, wolf KM,Grant GA,et al.Kappa2-bungarotoxin and Kappa3-bungarotoxin:two new neuronal nicotinic receptor antagonists isolated from the venom of bungarus multicinctus.Brain Res,1990,509:237—248

    10.Mclane KE,Tang F,conti-Tronconi BM. Localization of sequence segments forming a kappabungaroto xinbinding site on the α3 neuronal nicotinic receptor.J Biol Chen,1990a,265:1537—1544
, 百拇医药
    11.Gray R, Rajan AS,Radelife KA,et al. Hippocampal synaptic transmission enhanced by low concentration of nicotine.Nature,1996,383(6602):713—716

    12.金宇濂,文镜,唐粉芳,等.功能食品评价药理及方法.北京:北京大学出版社,1995,1—5

    13.吴浩.Alzheimer病动物模型研究进展.国外医学*老年学分册,1998,19(1):11—15

    14.Alberut Ⅰ,Aranjo DM,Cecyre D,et al.Comparative alternation of nicotinic and muscarinic binding sites in Alzheimers and Parkinson's disease.J Neurochem,1992,62:529—538

    15.Schroder H,Giacobini E,Struble RG,et al.Nicotinic cholinoceptive neuarons of frontal cortex are reduced in Alzheimer's disease.Neurobiol Aging,1991,12:259—262

    1998-12-20收稿, 百拇医药