当前位置: 首页 > 期刊 > 《中国行为医学科学》 > 2000年第3期
编号:10245990
去松果体对大鼠学习记忆及海马结构星形胶质细胞的影响
http://www.100md.com 《中国行为医学科学》 2000年第3期
     作者:徐斌 陈俊抛 林煜 李岩 韦道祥 刘萍

    单位:徐斌 陈俊抛 李岩 韦道祥 刘萍(510282 广州,第一军医大学附属珠江医院神经内科);林煜(海军421医院内三科)

    关键词:去松果体;记忆;星形胶质细胞

    中国行为医学科学000311【摘要】 目的 探讨松果体功能减退致褪黑素(MT)分泌减少对大鼠学习记忆能力及海马星形胶质细胞的影响。方法 将大鼠进行Y型迷宫测试,淘汰学习障碍的大鼠,将学习正常的大鼠随机分三组,实验组手术摘除松果体,对照组给予假手术,空白对照组不处理,饲养40天后再行Y型迷宫测试,以胶质纤维酸蛋白(GFAP)标记星形胶质细胞,SP法检测。结果 实验组大鼠学习能力明显低于对照组大鼠(P<0.01),海马GFAP免疫反应阳性细胞减少,分布稀疏,与对照组和空白组相比均P<0.01。结论 大鼠松果体摘除可以引起大鼠学习记忆障碍,其原因可能与海马结构星形胶质细胞减少,神经元微环境调节能力减退,海马结构易损伤有关。
, http://www.100md.com
    Effect of pinealectomy on the learning and memory abilities and astrocyte in hippocampal formation of rats

    Xu Bin, Chen Junpao, Lin Yu, et al. Department of Neurology, Zhujiang Hospital, First Military Medical University, Guangzhou 510282

    【Abstract】 Objective To investigate effect of decreased secretion of melatonin (MT) caused by declining function of pineal on the learning and memory abilities and astrocytes in hippocampal formation of rats. Methods The rats were divided into three groups randomly after tested by Y-type maze and those with dysfunction of learning were eliminated.The experimental group was performed by pinealectomy; the control was made sham operation and the blank control was untreated. The rats were tested again by Y-type maze after fed for forty days and the brain tissues were studied by SP method for glial fibrillary acidic protein (GFAP) that marked astrocytes. Results The learning and memory abilities of the experimental group were worse than those of the control and blank control rats (P<0.01), and the GFAP-positive cell in hippocumpus formation were marketly less.(P<0.01). Conclusions Pinealectomy led rats to disorders of learning and memory that may be correlated with descrease astrocyte in hippocampus formation which became easy to be damaged because of declining regulation abilities of neurons microenviornment.
, 百拇医药
    【Key words】 Pinealectomy Memory Astrocyte

    已知海马结构在大脑学习记忆过程中起到特别重要作用,不仅海马神经细胞而且还有星形胶质细胞也参与学习记忆过程[1],海马结构的损害可以造成学习记忆障碍。学习记忆障碍是生理性衰老和阿尔茨海默(Alzheimer's disease, AD)常见临床表现。由于近年来发现松果体分泌褪黑素(MT)随年龄增加合成分泌减少,尤以AD病人更明显,表现为血中MT极低,日低夜高的昼夜分泌节律消失[2],以及发现MT具有抗衰老、抗自由基、参与神经免疫调节作用,和最近本实验室发现摘除大鼠松果体可导致大鼠学习记忆能力下降,为了进一步探讨MT减少与学习记忆的关系及MT可能在AD发病中的作用,本实验室通过摘除大鼠松果体,观察去松果体致MT分泌减少对大鼠学习记忆以及海马星形胶质细胞分布影响。

    材料和方法
, 百拇医药
    一、动物 雄性SD大鼠(第一军医大学实验动物中心提供),体重190~210g,鼠龄6周左右,首先将大鼠进行Y型迷宫测试,淘汰学习障碍者,将学习正常SD大鼠18只随机分三组,置隔音环境中,11小时光照(8∶30~19∶30),13小时黑暗(19∶30~8∶30)自由摄食、饮水,适应3天后行手术。实验组行松果体摘除术,对照组行假手术,手术时间均放在19∶30~22∶30,每次手术做一只松果体摘除术大鼠和一只假手术大鼠,术后单独饲养,7天后松果体摘除组放一起,假手术组放一起,继续饲养33天,空白对照组大鼠采用非手术处理在与实验组和对照组环境相同条件下继续饲养40天。

    二、学习记忆能力测试 大鼠学习记忆测试用三等分Y型迷宫进行。先将大鼠放入迷宫箱中,适应5分钟,使其对三臂均探索进入,然后从Ⅰ臂开始随机次序变换测试,给电压40V,延弛时间5秒。电击后大鼠逃避至安全区为正确反应,否则为错误反应。每测一次休息30秒,测10次休息5分钟。1.大鼠学习能力测试:大鼠学习成绩以连续10次测试中有9次(9/10)正确反应时,所需电击次数表示。2.记忆再现测试:大鼠学习能力测试后24小时再次测试,也以达到9/10标准前的尝试次数表示记忆再现能力。上述测试均放在20∶00~23∶00进行。筛选大鼠测试时,如连续30次未跑正确者将其淘汰,手术后40天再测试时,如连续30次未跑正确者按30次计算。
, 百拇医药
    三、 动物模型 松果体摘除参考Kuszak[3]报道的方法,假手术组以相同步骤进行,但不摘除松果体。

    四、标本选择与免疫组化 手术40天后用10%水合氯醛(0.6ml /100g体重)腹腔麻醉大鼠,暴露心脏,通过左心室插管至主动脉,生理盐水100~150ml冲洗,10%中性缓冲甲醛溶液150ml快速灌注,250ml慢滴,2小时后取脑,标本选在前囟后3.0~6.0mm处,标本厚3mm,后固定3小时,常规脱水、透明、浸蜡、包埋、切片、捞片,切片厚度6μm,每隔100μm取一张。以胶质纤维酸蛋白(GFAP)标志星形胶质细胞,GFAP一抗购自Santa Cruz公司,SP试剂盒来自Maxim Biotech公司。免疫组化参考试剂盒说明,石蜡切片常规脱蜡至水,PH7.4 PBS冲洗,3%H2O2甲醇溶液封闭内源性过氧化物酶,PBS冲洗,滴加山羊血清封闭液,PBS冲洗一次,滴加一抗4℃过夜,PBS冲洗,加生物素标记二抗室温下25分钟,PBS冲洗,滴加SP溶液,PBS冲洗,DAB/ H2O2显色。
, 百拇医药
    五、统计方法 学习记忆能力以尝试次数的均数和标准差表示;海马GFAP统计以每只大鼠随机取相同部位的五张切片,在40倍光镜下分别随机选右侧海马CA1、CA2、CA3区和齿状回(DG)4个视野统计GFAP阳性细胞数,取每个视野的均数及标准差,采用SPSS8.0 for windows进行t检验。

    结 果

    一、 学习记忆能力观测 从Y型迷宫实验结果可以看出,术前实验组大鼠学习能力(13.58±4.06次)与对照组(14.87±4.12次)、空白组(13.23±3.14次)基本一致(P>0.05),松果体摘除40天后大鼠学习记忆能力(27.73±2.64次)比术前自身及术后假手术组(12.67±5.87次)以及空白组(12.17±6.81次)明显下降(P<0.01),所需电击次数明显增加,表明大鼠松果体摘除40天后学习记忆能力下降。
, 百拇医药
    二、 海马不同分区GFAP检测 正常海马细胞呈分层样构筑排列,GFAP阳性细胞形态似蜘蛛状,在海马结构中也呈构筑分层样排列,摘除大鼠松果体40天后,GFAP阳性细胞在海马各区分布稀疏,染色淡,特别在锥体细胞带和齿状回颗粒细胞带比对照组和空白组更明显,数量在CA1、CA2、CA3区和DG均比对照组和空白组减少(P均<0.01)。

    附表 实验组、对照组和空白组海马各区GFAP阳性细胞比较(01.jpg (732 字节)±s) 组 别

    n

    CA1

    CA2
, 百拇医药
    CA3

    DG

    实验组

    6

    34.56±4.45

    37.17±5.13

    32.17±6.32

    35.23±4.23

    对照组

    6

    66.44±15.69

    51.23±6.82
, 百拇医药
    55.78±11.19

    58.43±13.52

    空白组

    6

    59.68±13.26

    54.36±5.71

    61.27±13.45

    54.72±11.42

    注: t检验,实验组与对照组、空白组比较,均P<0.01讨 论

    海马结构由海马、齿状回和下托组成,海马和齿状回皮质神经元均呈带状规则地排列着,GFAP阳性细胞在海马也呈构筑分层样排列,从实验结果可以看出摘除大鼠松果体40天后,海马GFAP阳性细胞数量在CA1、CA2、CA3区和齿状回比假手术组和空白对照组明显减少,同时伴有大鼠学习记忆能力下降,造成这些结果具体原因不详,可能与下列因素有关。
, http://www.100md.com
    一、海马细胞由神经元和胶质细胞组成,胶质细胞与其它非神经元成分构成的微环境可以支持、营养、保护神经细胞,如星形胶质细胞分泌神经营养因子和其它细胞因子对神经元生存、发育、再生和分化均有重要作用。从星形胶质细胞细微结构上看,细胞膜上有高亲和性载体,可以转运兴奋性和抑制性氨基酸,并且星形胶质细胞和神经元突触有密切接触,这些特点决定星形胶质细胞在突触外谷氨酸转运和抑活有重要作用。摘除大鼠松果体后,MT减少,通过目前尚不明确机制使海马星形胶质细胞数量减少,由于星形胶质细胞减少可使海马神经元所处微环境发生改变,如神经营养因子分泌减少以及神经元突触外谷氨酸易堆积,长时间易造成神经元受损害。另外MT本身具有抗自由基和抗氧化作用,由于MT减少可以使体内自由基清除减少,在体内堆积增多,又由于海马细胞对自由基损伤敏感,更易造成神经元损伤。我们在另外实验中也发现摘除大鼠松果体海马细胞凋亡增多(此处未示实验数据),可能与这些有关。由于海马结构的损害可造成学习记忆功能障碍。

    二、海马的长时程增强(LTP)与学习记忆有密切关系,海马LTP的形成与细胞外Ca2+浓度有关,Ca2+通过NMDA受体进入神经细胞膜内是LTP产生的关键。星形胶质细胞可以通过细胞膜上电压门控的钙通道、钠通道和其它离子通道,调节细胞内外离子浓度、PH,对维持内环境稳定有重要作用。摘除大鼠松果体后,由于星形胶质细胞减少,使神经元所在微环境调节能力减弱,可能会影响Ca2+浓度,从而影响LTP形成。
, 百拇医药
    3.星形胶质细胞和神经元相互作用参与早期学习记忆过程[1],其中涉及星形胶质细胞糖代谢过程和氧化系统,摘除大鼠松果体,海马结构上GFAP不仅数量少,而且染色淡,在锥体细胞带和齿状回颗粒细胞带分布稀疏,这可能会影响星形胶质细胞和神经元的相互交流,损害机体学习记忆能力。Bradbury[4]等通过移植培养的星形胶质细胞到基底核和中间隔区发现可以改善由于胆碱能神经元破坏造成的大鼠学习记忆障碍,也说明星形胶质细胞与大鼠学习记忆有关。

    现已知海马星形胶质细胞增生,可导致海马老化,从而使学习记忆能力减退,因此可看出星形胶质细胞在海马结构中对学习记忆的影响具有双面作用,过多或过少都会影响海马神经元的功能,从而影响学习记忆能力。

    AD病人主要病理改变为老年斑(SP)、神经元纤维缠结(NFTs)和神经元丢失,并且发现海马及内嗅区的改变明显早于脑内其它部位,海马病理改变发生较早是否与AD患者MT减少,分泌节律消失影响海马星形胶质细胞,使海马结构易于受损有关。对AD病人尸检发现海马有大量星形胶质细胞增生,似与上述结果不一致,但我们在另一组实验中发现给摘除松果体大鼠海马注射β-淀粉样蛋白(Aβ),可使星形胶质细胞大量增生,炎症反应增强(此处未示实验数据)。因此是否可以认为长期MT减少使中枢神经系统对各种内外界变化适应能力减弱,由于某种尚不知机制使Aβ产生过多,MT减少人群更易患AD,但目前缺乏相应的人群调查资料尚不能支持。
, 百拇医药
    参 考 文 献

    1.O'Dowd BS, Gibbs ME, Sedman GI, et al. Astrocytes implicated in the energizing of intermediate memory processes in neonate chicks. Brain Res Cogn Brain Res, 1994,2(2):93~102.

    2.Uohida K, Okamoto N, Ohara K, et al. Daily rhythm of serum melatonin in patients with dementia of the degenerate. Brain Res,1996,717:154~159.

    3.Kuazak J,Rodin MA. A new technique of pinealectomy for adult rats. Experientia,1977,33(2):283~284.

    4.Bradbury EJ, Kershaw TR, Marchbanks et al. Astrocyte transplants alleviate lesion induced memory deficits independently of cholinergic recovery. Neuroscience, 1995,65(4):955~972.

    (收稿日期:2000-01-12), http://www.100md.com