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编号:10271481
c-fos在AD及VD模型大鼠脑中的表达*
http://www.100md.com 《中国病理生理杂志》 1999年第6期
     作者:王跃春 王子栋

    单位:暨南大学医学院生理学教研室 (广州 510632)

    关键词:阿尔茨海默病;基因表达;痴呆;血管型

    c 摘 要 目的:探讨c-fos在Alzheimer病(AD)模型大鼠和血管性痴呆(VD)模型大鼠脑中表达的特征,并分析是否存在差异及其意义。方法:手术切断大鼠左侧穹窿海马伞(FF)建立AD大鼠模型,以在颅骨外固定小磁铁吸附经舌下静脉注入Fe3O4粉进而堵塞脑血管制备缺血性VD大鼠模型。在经迷宫检查证实上述模型建成后的不同时段,对含有海马结构的脑组织切片进行Fos蛋白的免疫组化染色。结果:Fos样免疫反应活性(Fos-LI)在AD大鼠的海马及大脑皮层均有增强,并随建模后时间的延长呈逐渐增强的趋势,在VD大鼠脑中Fos-LI则以皮层增强为主且只在建模初期有增强,1周时即已恢复正常。结论:c-fos在AD及VD模型大鼠脑中的表达存在空间及时程上的差异,反映了c-fos功能的多样性及复杂性。
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    C-fos gene expression in the brain of Alzheimer and vascular dementia rats

    WANG Yao-Chun, WANG Zi-Dong

    Department of Physiology, Jinan University Medical College, Guangzhou (510632)

    Abstract AIM and METHODS: To investigate the characteristic of c-fos expression in the brain of AD(Alzheimer) and VD(vascular dementia) model rats, AD models were built by unilateral fimbrial-fornix(FF) transection in rats, and VD models were made by injecting iron particles into the sublingual vein after fixing a magnet on the skull surface. At different times after the models were verified by maze test, Fos immuno-histochemistry staining were made on the slices of the brain tissue including hippocampus. RESULTS: Fos-like immunoreactinity (Fos-LI) increased significantly in both cortex and hippocampus of AD model rats, and intensified graducally with the time goes on. Fos-LI also increased at the second day after the VD models were made, but it restored to normal level at the seventh day. Fos-LI in the cortex was far stronger than in hippocampus. CONCLUSION: c-fos expression in AD and VD model rats has spatial and temporal difference.
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    MeSH Alzheimer's disease; Gene expression; Dementia, vascular

    1992年以来国内外许多研究者报道在AD患者的大脑皮层及海马中原癌基因c-fos有过度表达,并推测其可能在AD的病理过程中起一定作用[1,2]。关于AD动物模型的制作方面目前多以损毁动物中枢胆碱能系统来建立[3],这种模型可以复制出AD的主要行为表现及部分病理变化,但与AD患者相应的脑区是否也存在c-fos的过度表达,目前尚未见报道。此外,在血管性痴呆(vascular dementia, VD)模型的大鼠脑中c-fos表达情况如何?与前者有无差异?目前也不清楚。本文针对上述问题进行了实验研究。

    材料与方法

    一、动物及分组:

    实验用中山医科大学实验动物中心提供的SD雄性大鼠,清洁级(合格证号:96A49),体重350~520 g。先对所有大鼠进行迷宫训练,筛选出达到学会标准的大鼠(学习记忆正常鼠),再将其随机分成对照组(C,n=3),AD模型组(AD, n=9)和VD模型组(VD, n=9)。AD组大鼠按建模后存活时间进一步分为1 h组(n=3)、 6 d组(n=3)和15d组(n=3);VD组大鼠则进一步分成2 d组(n=3)和7 d组(n=3)。
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    二、试剂:

    Fe3O4粉,上海场南化工厂出品;Diaminobenzidine(DAB),上海五联化工厂出品;硫酸镍铵,北京化学试剂三厂出品;葡萄糖氧化酶,日本ToYobo公司产品;一抗(兔抗Fos抗体)、二抗(生物素标记的羊抗兔血清)、三抗(过氧化物酶标记的链霉素、卵白素):以上均由北京中山生物技术有限公司提供,美国Zymed公司产品。

    三、实验方法:

    (一) 迷宫检测[4]:用Y型迷宫(MG-2型)对大鼠进行训练,电刺激参数是:电压50 V,延时5 s。每个实验日对每只大鼠进行20次训练,以大鼠在足底通电后10 s内一次性跑向安全区为正确反应,否则为错误反应,而全天完成所有反应所需时间称为全天总反应时间(total reaction time, TRT)。在训练中分别测定TRT和大鼠每天出现的错误反应次数(error number, EN ),根据有关文献[5]的规定,以EN≤2次,TRT≤120 s作为判定大鼠学会的标准,而EN>8次或/和TRT>160 s则认为是痴呆。
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    (二)AD大鼠模型的建立:经1%戊巴比妥钠(35~40 mg/kg,ip)麻醉后,将大鼠固定于动物大脑立体定位仪,按常规消毒、剪毛、正中切开头皮,暴露出颅骨,参照Paxinos 和Watson的大鼠脑立体定位图谱[6],在前囟后2.2~2.5 mm,中线外1 mm处,用电动开颅器凿开颅骨,切开硬脑膜,用自制双刃刀先置于上述部位的脑表面,接着降刀4.5 mm,外移1 mm,然后再降刀1 mm,外移1.5 mm,最后上下抽动刀约20次,以保证海马伞外侧缘完全切断。

    (三)VD大鼠模型的建立[7]: 大鼠按上述操作暴露出颅骨,在额顶部用眼镜螺丝固定一块直径5 mm、2 000高斯磁场的小磁铁,然后用牙科水泥封固。待磁铁与螺丝紧密固化后,将Fe3O4粉(56.4 mg/kg)溶于1.5 mL生理盐水中,于1 min内沿大鼠舌下静脉注入。

    (四)Fos蛋白的免疫组化染色: 各组大鼠在预定时间按常规灌注,取含海马结构的脑组织逐级浸入含20%、30%蔗糖的PBS中,置4℃冰箱过夜,至组织块沉底。在-21℃左右取海马段脑组织作连续冠状切片,片厚40 μm,隔5片取1片。按下列步骤进行S-P法染色:(1)含0.3%H2O2的0.01 mol/L PBS作用30min,0.01 mol/L PBS浸洗5 min×3。(2)孵育液(血清1 mL+tritonX-100 3 μL)孵育30 min。(3)入兔抗Fos抗血清(1∶1 000),置4℃冰箱24 h,0.01 mol/L PBS浸洗5 min×3。(4)入生物标记的二抗,置4℃冰箱过夜,0.01 mol/L PBS浸洗5 min×3。(5)入辣根酶标记的链霉卵白素,作用2~3 h,0.01 mol/L PBS浸洗5 min×3。(6)用葡萄糖-DAB-硫酸镍铵加强法显色,待显色合适时,以0.1 mol/L醋酸缓冲液中止反应,然后裱片、凉干、常规脱水、透明、中性树胶封片。
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    结果

    (一)HE染色所见:C组大鼠大脑皮层及海马细胞排列整齐、层次清楚;VD组大鼠大脑皮层细胞排列紊乱,层次不清,血管间隙、细胞间隙明显增宽。皮层表面血管内可见大量黑色Fe3O4阻塞;AD组大鼠正常侧海马结构完整,FF切断侧可见海马伞内充血,细胞排列紊乱,纤维稀疏。

    (二) S-P染色所见:C组大鼠大脑皮层与海马交界处可见极少Fos样免疫阳性细胞,胞核染成黑色,胞浆不着色;VD组大鼠在建模后2d,可见Fos样免疫阳性细胞遍布整个大脑皮层(图1a),建模后7d即恢复正常(图1b)。AD大鼠在建模后1h,可见Fos样免疫阳性细胞在海马及大脑皮层明显增多(图2a),而建模后6d,Fos样免疫阳性细胞较前明显减少,但仍多于C组(图2b),建模后2周则可见海马及皮质Fos样免疫反应活性(Fos-like immunoreactvity, Fos-LI)又显著增强,胞核黑染,部分细胞的胞浆及突起也有着色(图2c)。500.gif (6917 bytes)500-2.gif (6693 bytes)
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    Fig 1 The Fos immunohistochemistry staining of VD rats. Fos-positive neurons are located in the cerebral cortex

    a. After injection 2 d; b. After injection 7 d

    图1 VD大鼠建模后Fos免疫组化染色,Fos阳性神经元位于大脑皮层500-3.gif (7495 bytes)500-4.gif (6931 bytes)500-5.gif (6921 bytes)
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    Fig 2 The Fos immunohistochemistry staining of AD rats. Fos-positive neurons are mostly located in the hippocampus

    a. After FF transection 1 h; b.After FF transection 6 d; c.After FF transsection 15 d

    图2 AD大鼠建模后Fos免疫组染色,Fos阳性神经元主要位于海马

    讨论

    (一)关于“痴呆动物模型”的提法:一个理想动物模型的选择对科学研究的意义至关重大,目前应用的各类痴呆动物模型多是根据疾病的临床表现、病理变化或神经生化改变来制备的,但这些模型一般只模拟了该病的某些方面和特征,如本实验采用的损伤大鼠胆碱能神经元通路建立的AD模型,虽然能模拟出AD的行为、记忆方面的改变,但脑内并未出现AD特征性的病理变化,所以确切地说应该将这种模型称为“学习记忆损伤动物模型”,但为简便和易于区分的缘故,本文仍沿用习惯上的称法。
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    (二) 关于c-fos在两种痴呆模型中的表达: c-fos是即早基因家族的成员,但Morgan等[8]认为至少存在3种模式的即早基因的表达:(1).快速一过性表达;(2).缓慢的持续性表达;(3).持续的组织特异性表达。正常情况下c-fos的低水平表达参与了细胞的生长、分化、神经功能的可塑性变化和学习记忆等多种生理过程,但病理情况下c-fos表达及调控的变化则与多种疾病的发生发展有关[9]。在本实验中c-fos在AD组大鼠脑中的表达呈现出时程上的差异:建模后1 h有大量表达,6d时有所减少(仍较C组增多)、15d后又明显增多,原因可能是最初的高表达是属于外科手术刺激引起的快速一过性表达,而随着FF切断后时间的延长,中枢胆碱能系统的损伤越来越严重,通过尚未明了的机制导致了c-fos缓慢而持久的大量表达。在VD组大鼠,建模后2 d可见c-fos在大脑皮层及海马中有大量表达并以皮层为主,而建模后7 d即降至正常水平。我们认为前者可能是因为Fe3O4粉阻塞血管导致的脑缺血诱导了c-fos的快速一过性表达,而Fe3O4粉主要阻塞的是大脑皮层外血管,对海马血供的影响不大,故c-fos表达以皮层为主。随建模后时日的延长,大脑皮层缺血的状况可能随侧支循环的建立逐步得到改善和恢复,而早期缺血诱导的c-fos大量表达也可能启动和调控靶基因表达,并通过最终的表达产物(如强啡肽、神经营养因子、胶质纤维酸性蛋白等)对缺血损伤后的神经细胞进行了保护性修复[10],因而c-fos的表达也恢复至正常。前述结果表明:c-fos在AD及VD模型中的不同表达形式提示了其功能的多样性及复杂性:暂时的一过性表达可能参与了细胞的保护修复及神经纤维的重塑再生,而持续过度的表达则可能与疾病的发生发展有关。
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    * 广东省卫生系统“五个一科技兴医工程”及国务院侨办重点课题科研基金资助

    参考文献

    1 Zhang P, Hirsch EC, Damier P, et al. c-fos protein-like immunoreactivity: distribution in the human brain and overexpression in the hippocampus of patients with Alzheimer's disease. Neuroscience, 1992, 46:9.

    2 卢文甫,汤洪川,米瑞发,等.Alzheimer 病患者海马神经元退变与原位癌基因c-fos.中华神经科杂志,1996,29(3):147.

    3 Hefti F, Dravid A, Hartikka J. Chronic intraventricular injections of NGF elevate hippocampal choline acetyltransferase activity in adult rats with septohippocampal lesions. Brains Res, 1984, 293:305.
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    4 林崇侃,程光,陈启盛.一种智能化的Y-型迷宫.中国应用生理学杂志,1997,13(4):363.

    5 张磊,张均田.学习记忆的实验方法和记忆障碍模型.药学通报,1988,23(8):475.

    6 Paxinos G, Watson C. The rat brain in stereotaxic coordinates.2nd ed. Academic Press, Sydney, 1986.107.

    7 林坚,王子栋.血管性痴呆动物模型.中国应用生理学杂志,1998,14(1):89.

    8 Morgan JI, Curran T. Immediate-early genes: ten years on. Trends Neurosci, 1995, 18:66.

    9 Dragunow M, Luke W, Steel L, et al. Induction of c-fos mRNA and protein in neurons and glia traumatic brain injury: Pharmacological characterization. Exp Neurol, 1990, 107:236.

    10 谢瑶,罗丕福,姚志彬,等.全脑暂时性缺血诱导原癌基因蛋白(Fos)在大鼠海马结构表达的特征.解剖学杂志,1994,17(4):344.

    (1999年3月8日收缩,1999年4月28日修回), http://www.100md.com