GLP-1对链尿佐菌素诱导的痴呆大鼠在Morris水迷宫中行为学的保护作用

[摘要] 目的 探讨胰高血糖素样多肽1(GLP-1)对链尿佐菌素(STZ)所诱导的阿尔茨海默病(AD)样大鼠实验动物模型在行为学和病理学的作用。方法 将24只大鼠随机平均分成对照组、AD模型组和GLP-1保护组。对照组侧脑室予以注射生理盐水;AD模型组侧脑室注射STZ;GLP-1保护组侧脑室注射STZ+ GLP-1。Morris水迷宫检测学习记忆功能。结果 Morris水迷宫定位航行实验,AD模型组的逃避潜伏期比对照组和GLP-1保护组的都长,而对照组与GLP-1保护组间的逃避潜伏期无差异;空间探索实验,对照组、AD模型组和GLP-1保护组在原平台象限游泳时间与总时间比分别为(49.00±3.04)%、(28.92±4.08)%、(32.30±4.52)%。结论 GLP-1能改善AD模型大鼠的学习记忆功能。

[关键词] 阿尔茨海默病; 胰高血糖素样多肽1; 链尿佐菌素

[中图分类号] R749.16 [文献标识码] A [文章编号] 1673-9701(2010)07-07-03

Protection of GLP-1 on STZ-induced Dementia Rat Model in Morris Water Maze Behavior

ZHANG Zhifeng1 LI Lin2 GAO Ying2 ZHU Baozhong2

1.Shanxi Medical University,Taiyuan 030001,China;2.Geriatrics Institutes,the College of Basic Medicine of Shanxi Medical University,Taiyuan 030001,China

[Abstract] ObjectiveTo study protective effect of GLP-1(glucagon-like peptide-1) on behavior and pathology in Alzheimer disease(AD)rats induced by streptozocin(STZ). MethodsTwenty-four rats were randomly divided into three groups:control group,AD model group and GLP-1 protection group. The control group received intracerebroventricular injection of saline. The AD model group received intracerebroventricular injection of STZ,and the GLP-1 protection group received intracerebroventricular injection of STZ plus GLP-1. The capacity of learning and memory of the rats was detected by Morris water maze. ResultsIn Morris water maze place navigation test,the escape latency of the AD model group was longer than that of the control group and GLP-1 protection group each day(P

[Key words]Alzheimer disease; Glucagon-like peptide-1; Streptozocin

阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease,AD)是一种常见的中枢神经系统进行性的退行性疾病。其病因学和发病机制极其复杂,其中糖代谢病因紊乱学说在近年来备受关注。2型糖尿病(Type 2 diabetes mellitus,T2DM)和AD共同的病因学显示出相同治疗技术的可能性[1]。AD最赋特征性的病理学改变是β-淀粉样肽(β-amyloid peptide,Aβ)聚集而成的老年斑;脑神经细胞内Tau蛋白异常磷酸化诱导的神经纤维缠结。

STZ一般是用来诱导T2DM实验动物模型的[2],但由于其能诱导多种AD病理学变化,所以也可被用于诱导AD实验动物模型[3]。而GLP-1是一种由36～37个氨基酸组成的内源性胰岛素样肠肽,具有血糖调节作用,且已有多种长效GLP-1商品剂型应用于临床治疗T2DM[4]。研究还显示GLP-1具有神经保护和抑制Aβ表达的作用[5-7],提示GLP-1可能成为防治AD的药物。在本研究,我们用STZ诱导实验动物脑损伤,同时用GLP-1进行治疗,以实验动物Morris水迷宫行为学变化为观察指标,来初步研究GLP-1对STZ诱导的AD样实验动物脑损伤的保护作用。

1 材料与方法

1.1 实验动物

雄性Wistar 大鼠24只(由山西医科大学实验动物中心提供),体重(250±10)g,随机分为对照组、AD模型组和GLP-1保护组,每组8只。

1.2 实验动物模型

动物禁食不禁水12h后,10%水合氯醛(3mL/kg)腹腔麻醉,立体定位仪固定,侧脑室注射定位:前囟后1.0mm、矢状缝侧1.5mm处,深度3.5mm。AD模型(北京博奥森生物技术有限公司)组注射STZ(3mg/kg,10μL)[3];对照组注射10μL的生理盐水;GLP1保护组注射10μL STZ半小时后再注射((Val8)GLP-1(一种长效GLP-1,10μL(Val8)GLP-1,50μM,由英国Dr.Christian H?lscher实验室赞助)[9]。每次注入时间为10min,留针5min,缓慢出针。在第1、3天注射,共2次。

1.3 Morris水迷宫检测

术后3周进行Morris水迷宫行为学测试[3]。Morris水迷宫是由一圆柱形不锈钢水池、一可移动的平台和一套图像自动采集、处理系统等组成。水池直径150cm,高70cm;平台直径15cm,高40cm。实验内容包括定位航行实验(连续5d,每天上、下午各2次)和空间探索实验(第6天进行,上、下午各1次)。定位航行实验是用大鼠在水中寻找平台的逃避潜伏期来检测大鼠的学习能力;空间探索实验(取走平台后)则是通过原平台象限游泳时间与总时间之比来测试大鼠的记忆能力。我们设定,每次定位航行的时间最长为120s,当大鼠在120s内找到平台后可停留10s;每次空间探索的时间也是120s。

1.4 统计学方法

结果以均数±标准差表示。多组均数间的比较使用的统计方法是重复测量方差分析和单因素方差分析,两两比较采用Bonferroni检验,且均是用SPSS 11.5统计软件来处理。P

2 结果

GLP-1对AD模型大鼠空间学习记忆能力的影响。定位航行实验示,各天AD模型组分别与对照组和GLP-1保护组大鼠相比,其逃避潜伏期明显延长,差异有统计学意义(P

空间探索实验示,对照组、GLP-1保护组与AD模型组相比,其在原平台象限的时间比例明显都比AD模型组大,差异有统计学意义(P

3 讨论

直接用GLP-1来进行实验有一缺陷就是其半衰期短,所以我们就选用了Christian H?lscher教授提供给我们的(Val8)GLP-1作为GLP-1的替代物来进行此实验。

有关细胞培养与神经电生理研究显示,GLP-1有抗Aβ、抗神经细胞凋亡的保护作用[5-7],但无研究GLP-1在动物行为学作用的报道。所以本实验采用了Morris水迷宫实验技术,来检测GLP-1对STZ所诱导的AD模型大鼠在Morris水迷宫中行为学的作用。

Morris水迷宫是英国心理学家Morris于20世纪80年代初设计并应用于脑学习记忆机制研究的一种实验手段,其在AD研究中的应用非常普遍[3]。较为经典的Morris水迷宫,测试程序主要包括定位航行试验和空间探索试验两个部分。其中定位航行试验(place navigation)历时数天,每天将大鼠面向池壁分别从4个入水点放入水中若干次,记录其寻找到隐藏在水面下平台的时间(逃避潜伏期,escape latency)。空间探索试验(spatial probe)是在定位航行试验后去除平台,然后任选一个入水点将大鼠放入水池中,记录其在一定时间内的游泳轨迹,考察大鼠对原平台的记忆[12]。

我们的Morris水迷宫实验结果显示,在定位航行实验中,5天里AD模型组的逃避潜伏期均比另两组的长,而且GLP-1保护组与对照组的逃避潜伏期基本上无差异,这不仅提示造模是成功的,而且也提示GLP-1对STZ所诱导的痴呆大鼠的损伤在学习功能方面有一定的保护作用。但是在第3天的实验中,GLP-1保护组的潜伏期(28.1±2.3)s与对照组的(22.0±1.8)s有差异(P=0.02),这提示GLP-1虽对STZ所诱导的痴呆大鼠的损伤在学习功能方面有一定的保护作用,但未完全达到正常水平。在空间探索实验里,也得到类似于上面的结果。

综上所述,GLP-1对链尿佐菌素诱导的痴呆大鼠在Morris水迷宫中的行为学方面是有明显保护作用的。

[参考文献]

[1] Lin Li,Christian H?lscher. Common pathological processes in Alzheimer disease and type 2 diabetes:A review[J]. Brain Research Reviews,2007, 56(2):384-402.

[2] Fatma Kaya Dag stanl,Belgin Susleyici Duman,Melek Ozturk. Protective effects of a calcium channel blocker on apoptosis in thymus of neonatal STZ-diabetic rats[J]. Acta histochemica,2005,107(3):207-214.

[3] Rahul Agrawal,Ethika Tyagi,Rakesh Shukla,et al. A study of brain insulin receptors,AChE activity and oxidative stress in rat model of ICV STZ induced dementia[J]. Neuropharmacology,2009,56(4):779-787.

[4] Arulmozhia,B. Portha. GLP-1 based therapy for type 2 diabetes[J]. Eur- opean Journal of Pharmaceutical Sciences,2006,28(1-2):96-108.

[5] Subhas C Biswas,Jean Buteau,Lloyd A Greene. Glucagon-like Peptide-1(GLP-1)diminishes neuronal degeneration and death caused by NGF deprivation by suppressing bim induction[J]. Neurochem Research,2008, 33(9):1845-1851.

[6] Zhen xia Qin,Zhong wei Sun,Jing Huang. Mutated recombinant human glucagon-like peptide-1 protects SH-SY5Y cells from apoptosis induced by amyloid-β peptide(1-42)[J]. Neuroscience Letters,2008,444(3):217-221.

[7] Victor A Gault,Christian H?lscher. GLP-1 agonists facilitate hippoca- mpal LTP and reverse the impairment of LTP induced by beta-amyloid[J]. European Journal of Pharmacology,2008,587(1-3):112-117.

[8] 诸葛启钏. 大鼠脑立体定位图谱[M]. 第3版. 北京:人民卫生出版社,2005:图10-图36.

[9] Takashi Iwai,Manabu Suzuki,Kazuma Kobayshi,et al. The influences of juvenile diabetes on memory and hippocampal plasticity in rats:Improving effects of glucagon-like peptide-1[J]. Neuroscience Research,2009,64(1):67-74.

[10] Natalia Shiryaev,Yan Jouroukhin,Eliezer Giladi,et al. NAP protects memory,increases soluble tau and reduces tau hyperphosphorylation in a tauopathy model[J]. Neurobiology of Disease,2009,34(2):381-388.

[11] Jesus Avila. Tau phosphorylation and aggregation in Alzheimer’s disease pathology[J]. FEBS Letters,2006,580(12):2922-2927.

[12] 胡镜清,温泽淮,赖世隆. Morris 水迷宫检测的记忆属性与方法学初探[J]. 广州中医药大学学报,2000,17(2):117-119.

[13] Steven J Greco,Sraboni Sarkar,Jane M Johnston,et al. Leptin reduces Alzheimer’s disease-related tau phosphorylation in neuronal cells[J]. Biochemical and Biophysical Research Communications,2008,376(3):36-41.

(收稿日期:2010-01-04)