在中枢神经系统,脑海马结构是与情绪和认知关系密切的重要脑区,其与抑郁障碍的关系近年来开始受到关注[1]。在神经胶质细胞中胶质纤维酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein,GFAP)和酸性钙结合蛋白(S100β)是2种极为重要的蛋白,GFAP作为星形胶质细胞的标志性蛋白,其表达升高是星形胶质细胞活化的明显标志,激活的星形胶质细胞可合成和释放多种神经营养因子,支持神经元的存活和轴突的生长,在神经组织损伤修复中起重要作用[2]。S100β也是脑神经胶质细胞完整性的特异标记蛋白,它们对神经系统损害反应极为敏感且具有较高特异性[3]。本研究通过应用慢性不可预知的温和应激(Chronic unpredictable mild stress,CUMS)建立抑郁模型,观察抑郁大鼠海马GFAP及S100β蛋白表达的变化及慢性应激对大鼠学习记忆功能的影响,以探讨应激对神经系统产生毒性作用的机制以及导致抑郁的作用环节。
1 材料与方法 1.1 动物与分组成年Wistar雄性大鼠30只(新疆医科大学实验动物中心),体重180~220 g。根据敞箱实验和液体消耗实验的评分将动物随机分为慢性不可预知的温和应激抑郁模型组(模型组)和正常对照组(对照组),每组各15只。除对照组外均单笼饲养,对照组每笼饲养5只。
1.2 模型制备利用慢性不可预知的温和应激,参照文献[4]建立模型。模型组动物遭受8周的随机刺激,同种刺激不能连续出现,使动物不能预料刺激的发生。对照组不予任何刺激,自由摄食饮水。在实验过程中,将模型组大鼠移入另一饲养间内给予刺激(要求2个房间的光照水平、温度基本一致),刺激完毕后送回原饲养间。
1.3 学习记忆功能测试将大鼠放入电击装置中适应5 min,然后通以36 V交流电,记录通电后大鼠跳到安全台上的时间,作为反应期;观察5 min内受电击的次数为错误次数,以反应期和错误次数作为其学习成绩。24 h后重复试验,观察5 min内大鼠从台上跳至铜栅上的时间为潜伏期,受电击次数为错误次数,以潜伏期和错误次数为记忆成绩。2组大鼠在应激前,应激2,4,6,8周分别进行跳台实验。
1.4 免疫组化方法 1.4.1 灌注取材2组大鼠用20%乌拉坦腹腔注射麻醉后,经腹主动脉插管,剪开下腔静脉,先用37℃ 0.9%的生理盐水200 ml快速灌注冲洗,随后用37℃ 10%甲醛溶液400 ml先快后慢进行冲洗,迅速开颅取脑,置于4%多聚甲醛溶液中固定48 h,梯度酒精脱水,透明,石蜡包埋,冠状切片(片厚约10μm)。
1.4.2 免疫组化染色常规二甲苯脱蜡、乙醇水化,按照试剂盒说明进行。
1.4.3 试剂(1)鼠抗S100β单克隆抗体(武汉博士德生物工程有限公司),浓缩型0.1 ml,克隆号:SH-B1,工作浓度为1∶100;(2)鼠抗GFAP单克隆抗体(福州迈新公司),克隆号:6F2,批号:61107081D2,工作浓度为1∶50。
1.5 统计分析采用SPSS 11.0统计软件进行单因素方差分析及t检验,检验水准α=0.05。
2 结果 2.1 动物模型的界定模型组大鼠在给予慢性温和应激后第1周血浆皮质酮水平(268.96±51.93)ng/ml,明显高于正常对照组(201.18±55.21)ng/ml (P<0.01),血浆皮质酮水平在应激2周达高峰,为(467.13±51.59)ng/ml,应激动物模型建立。继续给予慢性温和刺激,模型组大鼠逐渐表现为倦怠、受到外界刺激反应迟缓、活动范围缩小等,对大鼠进行敞箱实验和液体消耗实验,模型组大鼠水平运动得分和垂直运动得分以及糖水消耗均明显低于正常对照组,差异有统计学意义 (P<0.01),提示大鼠处于抑郁状态,抑郁动物模型建立。
2.2 学习记忆能力测试结果(表 1)随着慢性温和应激时间的推移,跳台实验结果显示,模型组大鼠与对照组比较,反应期延长,潜伏期缩短,错误次数明显增多,尤其在应激6周后,与对照组比较差异明显。提示慢性温和应激使大鼠空间学习记忆能力明显下降。
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表 1 不同组别跳台试验大鼠的学习、记忆能力比较(x±s) |
2.3 S100β和GFAP免疫组织化学反应(图 1,2)
S100β阳性染色部位在胶质细胞的胞浆和胞核中。阳性细胞有突起,呈放射状。与对照组比较,模型组大鼠海马S100β阳性细胞体积有所增大,显色较深,S100β免疫反应产物阳性细胞增多。GFAP阳性细胞胞浆呈棕黄或褐色,细胞突起呈弥漫性着色。与对照组比较,模型组大鼠海马GFAP阳性细胞增生肥大、颜色深染,突起及其分支增多,GFAP免疫反应产物阳性细胞增多,提示星形胶质细胞已出现明显的增殖和活化。
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图 1 海马S100β表达(×400) |
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图 2 海马GFAP表达(×400) |
3 讨论
Hosseini-Sharifabad等的[5]研究发现,当人或动物处于强烈的急性应激或长期慢性应激状态时,其学习记忆能力受到明显影响,表现为学习记忆能力低下。本实验结果显示,大鼠慢性应激4周后出现学习能力下降,应激2周后出现记忆能力下降,且大鼠学习记忆能力的下降随时间推移有逐渐加重的倾向,表明慢性温和应激可以导致大鼠学习记忆能力减退,与胡旺平等[6]的报道一致。
Grabe等[7]证实,高浓度S100β可导致过量的NO产生神经毒性,引起递质系统的紊乱和突触的病理改变,导致学习记忆下降[8]。动物实验也表明[9, 10],过度产生S100β蛋白的转基因鼠明显地表现出学习能力缺失及行为问题。本实验结果显示,大鼠慢性温和应激2个月,海马区GFAP、S100β蛋白表达增加,星形胶质细胞增生,学习记忆能力下降,推测大鼠抑郁样行为的发生及学习记忆能力的减退可能与S100β、GFAP的高表达以及胶质细胞功能改变有关。其机制可能为:一方面活化的胶质细胞对神经元具有双向调节的作用,其功能的发挥可能超出了对神经元的营养支持和清除变性坏死组织的作用范围,干扰了神经元与神经元之间、神经元与胶质细胞间的正常联系,致神经元损害[11]、神经元变性、细胞凋亡,从而使大鼠出现学习记忆能力降低及行为障碍;另一方面,小胶质细胞作为神经免疫细胞被激活,可产生释放多种细胞因子,这些内环境的变化连续刺激星形胶质细胞,继而影响抑郁大鼠的学习记忆能力。
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