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编号:10503678
帕金森病大鼠神经行为和中脑酪氨酸羟化酶mRNA表达的改变
http://www.100md.com 《中华老年医学杂志》 2000年第6期
     李文伟 蔡定芳 陈晓红 沈思钰 陈锡群

    摘 要 目的 研究帕金森病(PD)大鼠的神经行为学特点及其中脑酪氨酸羟化酶(TH)mRNA表达的改变。 方法 利用阿朴吗啡诱发旋转试验和前肢功能试验,检测PD大鼠的神经行为学特点,一管法逆转录聚合酶链反应(RT-PCR)半定量检测其中脑TH mRNA的表达。 结果 造模28只,经阿朴吗啡诱发旋转试验测试成功21只,术后第2、第10周2次旋转试验的30 min旋转次数分别为214.6±30.4、217.5±26.5,两者差异无显著性(P>0.05)。前肢功能试验,PD大鼠患肢摄食颗粒数(17.71±4.82)比对照大鼠(34.43±3.55)明显减少(P<0.01);5周后第2次测试,PD大鼠患肢的摄食颗粒数(18.86±3.89)仍明显减少,与对照组(35.86±3.78)比较差异有显著性(P<0.01),与其第1次测试比较没有明显改善(P>0.05)。PD大鼠中脑的TH mRNA表达水平明显降低(P<0.01),模型组TH mRNA表达约为对照组的30.44%。 结论 帕金森病大鼠神经行为学异常表现稳定,中脑内TH mRNA的表达下降。
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    关键词:帕金森病;神经运动性行为;羟化酶类

    帕金森病(Parkinson's disease,PD)患者存在酪氨酸羟化酶(tyrosine hydroxylase,TH)系统的异常,这种异常具有重要的病理生理地位,早期的脑移植研究和晚近的基因治疗探讨大多针对这一环节。当前,国内对基因治疗的研究已做了大量工作,但是,对于所用PD模型神经行为和中脑TH mRNA表达的研究尚较薄弱。我们于1998年9月至1999年3月运用6-羟基多巴胺(6-OHDA)同时损毁中脑纹状体多巴胺(dopamine,DA)系统制作PD大鼠模型,并就其神经行为学和TH mRNA表达的变化进行了探讨。

    材料与方法

    一、动物分组及造模手术

    42只8~10周龄SD雄性大鼠,体重200~250 g,中国科学院上海分院实验动物中心提供。随机分为对照手术大鼠12只,模型制作大鼠30只(其中2只作组织鉴定用,最后造模28只)。根据文献〔1〕方法,取前囟高于后囟1 mm作为标准位置,选择两个定向注射点,其坐标参数分别为:黑质致密部(SNc)注射点:后囟向前0.33×前后囟间距(A,mm),向右旁开中线(R)0.9 mm,进针深度(H,以脑组织表面为0点)为8.0 mm;中脑腹侧被盖区(VTA)注射点:A同第1点,R为2.0 mm,H为7.5 mm。各点注射2 μg/μl 6-OHDA(美国Sigma公司产品)3 μl,注射速度为0.5 μl/min,留针15 min。对照手术大鼠以等量生理盐水代替6-OHDA,其余方法及条件同上。以上手术分批进行,术后常规笼养观察。术后2周,所有造模大鼠均放置在40 cm×50 cm的塑料箱中(箱底覆盖薄层锯沫),腹腔注射阿朴吗啡(apomorphine,美国Sigma公司产品)0.5 mg/kg诱发旋转,>150 turns/30 min为成功模型〔2〕,进行下一步研究,结果成功21例,成功率为75%。将制备成功的模型随机取7只作为模型组;随机取对照大鼠7只作为对照组。
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    二、旋转试验

    术后10周,对模型组大鼠第2次腹腔注射阿朴吗啡(0.5 mg/kg)诱发旋转,计数注射后30 min旋转次数。

    三、前肢功能试验

    参照文献〔3〕稍加改进。选择长、宽、高分别为280、65、90 mm的质量较好的硬纸盒,其内安放一长、宽、高分别为210、24、55 mm的木块,木块上方钉一宽28 mm、与木块同长、约3 mm厚的木板,制成中央平台。木块两侧镶入约6 mm厚的硬纸板做成楼梯4级,梯面冲压出约4 mm深小孔,供放置食物颗粒用。实验时盒口覆盖大小相当的有机玻璃,防止大鼠逃脱。箱内楼梯上已预先在每个小槽放入10粒饲料颗粒(每个颗粒45 mg左右),共80粒。将实验大鼠禁食2 d后,放置在实验箱中,允许大鼠自由摄食15 min,观察大鼠的摄食动作;分别记录大鼠左侧、右侧前肢摄取的饲料颗粒数。观察4 d,以第4 d的数据作统计分析。
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    四、大鼠中脑TH mRNA的半定量测定

    行为学试验完毕,继续常规笼养1周后,大鼠断头处死,迅速无菌分离中脑黑质和腹侧背盖区。保留40 mg大小(Libror L-1690D天平称取,精确度为0.1 mg),置液氮中保存。根据文献〔4〕合成TH cDNA的引物序列(美国Gibcol公司合成):引物1为5'-TCCTCACCTATGCATTCACCTGAG-3',引物2为5'-ATAGTTCCTGAGCTTGTCCTTGGC-3',扩增片段389 bp。三磷酸甘油醛脱氢酶(GAPDH)cDNA作为内对照,引物序列:引物1为5'-CCATCACCATCTTCCAGGAG-3',引物2为5'-CCTGCTTCACCACCTTCTTG-3',扩增片段516 bp。根据mRNA抽提试剂盒(德国Boehringer Mannheim公司产品)说明每份组织制备2管含中脑组织mRNA的PCR反应管,分别供扩增TH cDNA和GAPDH cDNA用。一步法逆转录PCR(RT-PCR)采用一管RT-PCR试剂盒(Boehringer Mannheim公司产品)。每管反应总体积为50 μl(以下所标浓度为反应体系的终浓度),依次加入三蒸水、三磷酸脱氧核苷酸(dNTP)0.2 mmol/L、二硫苏糖醇(DTT)5 mmol/L、核糖核酸酶(RNase)抑制物5 U、引物10.3 μmol/L、引物20.3 μmol/L、5×PCR缓冲液10 μl、酶混和物1 μl。将样本放在SABC热循环仪上55℃平衡30 min,然后按以下参数循环:94℃ 150 s预变性,94℃ 60 s,55℃ 60 s,68℃ 70 s,GAPDH cDNA循环28次,TH cDNA循环32次,68℃延伸300 s。取10 μl扩增产物,加2 μl点样液混匀后,在1.5%琼脂糖凝胶上,55 V电泳35 min,紫外灯下观察结果。将电泳好的样品迅速用SX计算机图象分析处理系统紫外线下摄影,并计算TH cDNA、GAPDH cDNA条带的吸光度(A),以TH cDNA和GAPDH cDNA的条带面积×A的比值进行半定量分析。
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    五、统计学处理

    所有计量资料以X±s表示,两组间均数比较采用student's t检验。

    结 果

    一、旋转试验结果

    模型组7只大鼠,术后第2、第10周30 min旋转次数分别为(214.6±30.4)次和(217.5±26.5)次,两者差异无显著性(P>0.05)。

    二、前肢功能试验结果

    见表1。术后4周模型组左侧摄取的食物颗粒数比对照组明显降低(P<0.01),而右侧摄取的食物颗粒差异无显著性,术后9周第2次检测模型组左侧前肢功能无明显改善。

    三、TH mRNA的表达情况
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    模型组大鼠中脑内TH mRNA仍有表达,但比对照组明显降低,其TH cDNA、GAPDH cDNA条带面积×A的比值分别为0.196±0.093和0.597±0.113,模型组TH mRNA表达约为对照组的30.44%,两者差异有显著性(P<0.01),见图1、2。

    表1 帕金森病大鼠前肢摄食能力的变化(X±s,粒)

    组别

    大鼠数

    (只)

    术后4周

    术后9周

    左侧

    右侧

, 百拇医药     左侧

    右侧

    对照组

    7

    34.43±3.55

    ?35.14±2.67

    35.86±3.78

    34.00±2.76

    模型组

    7

    17.71±4.82

    34.57±3.91
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    18.86±3.89

    33.14±3.73

    注:与对照组比较,P<0.01

    图1 对照组TH mRNA RT-PCR产物电泳图

    图2 模型组TH mRNA RT-PCR产物电泳图

    讨 论

    制作PD大鼠模型时,选择的注射点不同,其结果也存在差异。同时损毁SNc和VTA的造模方法,以阿朴吗啡诱发旋转鉴定,成功率较高〔1〕,究其原因:(1)两者的多巴胺能投射纤维在尾状核中部具有某些重叠,单纯完全损毁SNc的DA能神经元并不能导致纹状体DA的完全耗竭,只有同时完全损毁VTA的DA能神经元,纹状体的DA才完全耗竭〔5〕;(2)大量研究认为,VTA可能通过腹侧纹状体对SNc产生门控作用〔6〕。本组75%(21/28)的大鼠旋转次数>150 turns/30 min,与过去的研究〔1〕相近,表明这是一种成功率较高的PD模型制备方法。
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    PD大鼠药物诱导的旋转行为与中脑纹状体DA以及TH的减少程度有关。由于迄今尚无有效的非侵袭性生理学方法检测PD大鼠中脑DA神经系统的损毁程度,检测造模大鼠的旋转行为已成为衡量单侧6-OHDA损伤后果的最常用手段〔7〕。本研究结果显示,本组PD大鼠模型属于中脑纹状体DA系统重度毁损的模型,在2个月左右时间内旋转试验结果稳定。

    旋转试验的改善是否表明干预措施有效,尚存不同见解,因此,研究PD大鼠非药物诱发的行为异常就显得十分必要。前肢功能试验结果表明,本组大鼠也具备前肢功能下降的特点,但目前尚不明确其功能下降的程度和中脑纹状体DA系统毁损程度的相关性〔8〕

    TH是儿茶酚胺类神经递质合成的限速酶。PD患者的中脑纹状体中残存DA神经元,且其末梢内TH和TH mRNA明显下降〔9〕。6-OHDA制备的PD大鼠模型,其TH系统也表现出明显改变。我们的研究表明,PD大鼠的TH mRNA表达比对照组明显降低,约为对照组的30.44%。且由于取材时无法分离SNc和VTA,该数据反映了两区TH mRNA表达的综合情况。相当长的时间内,人们往往应用仅损毁SNc的模型进行脑移植或基因治疗的研究。我们的研究提示,即使同时大量损毁SNc和VTA两区,大鼠中脑内仍有相当于对照组30%的TH mRNA表达,据此推论,单独损毁SNc的大鼠模型中脑内TH mRNA的表达水平可能更高,这可能会对脑移植或基因治疗的研究产生影响。
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    基金项目:上海市卫生系统“百人计划”基金(97BR016);高等学校博士点专项科研基金(9747);卫生部科研基金(98-2-151)

    李文伟(山东省东营市胜利油田中心医院神经内科 257034)

    蔡定芳(复旦大学医学院华山医院中西医结合研究所 上海市,200040)

    陈晓红(复旦大学医学院华山医院中西医结合研究所 上海市,200040)

    沈思钰(复旦大学医学院华山医院中西医结合研究所 上海市,200040)

    陈锡群(复旦大学医学院华山医院中西医结合研究所 上海市,200040)

    参考文献
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    1,冯林音,陆璐,童蓓燕,等.建立大鼠Parkinson's病动物模型方法的改进.上海医科大学学报,1990,17:160.

    2,Pollack AE, Turgeon SM, Fink JS. Apomorphine priming alters the response of striatal outlow pathways to D2 agonist stimulation in 6-hydroxydopamine-lesioned rats. Neuroscience, 1997,79:79-93.

    3,Montoya CP, Campbell-Hope LJ, Pemberton KD, et al. The “staircase test”: a measure of independent forelimb reach and grasping abilities in rats. J Neurosci Meth, 1991,36:219-228.
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    4,Ferraris N, Perroteau I, De Marchis S, et al. Glutamatergic deafferentation of olfactory bulb modulates the expression of mGluR1a mRNA. Neuroreport, 1997,8:1949-1953.

    5,Thomas J, Wang J, Takubo H,et al. A 6-hydroxydopamine-induced selective Parkinsonian rat model: further biochemical and behavioral characterization. Exp Neurol, 1994, 126:159-167.

    6,Smith AD, Bolam JP. The neural network of basal ganglia as revealed by the study of synaptic connections of identified neurones. Trends Neurosci, 1990,13:259-265.
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    7,Schwarting RK, Huston JP. The unilateral 6-hydroxydopamine lesion model in behavioral brain research. Analysis of functional deficits, recovery and treatments. Prog Neurobiol, 1996,50:275-331.

    8,Nikkhah G, Duan WM, Knappe U, et al. Restoration of complex sensorimotor behavior and skilled forelimb use by a modified nigral cell suspension transplantation approach in the rat Parkinson model. Neuroscience, 1993,56:33-43.

    9,Kastner A, Hirsch EC, Agid Y, et al. Tyrosine hydroxylase protein and messenger RNA in the dopaminergic nigral neurons of patients with Parkinson's disease. Brain Res, 1993,606:341-345., http://www.100md.com