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·基础研究· 银杏叶提取物对半乳糖致痴呆大鼠海马 CA1 Caspase9P35 表达的影响 邵丽 马鹏举 耿德勤 王暖 黄全胜 包静 纪爱玲 DOI 10.3760/cma.j.issn.1674-6554.2011.10.007 基金项目:江苏省高校重点实验室开放课题( kjs01084 作者单位: 221002 徐州,徐州市第一人 民 医 院 神 经 内 科 (邵 丽、王 暖);江苏省语言与认知神经科学重点实验室,徐州师范大学语言研究 所(马鹏举);徐州医学院附属医院 神 经 内 科 (耿 德 勤);江 苏 大 学 附 属 徐州医院神经内科(黄全胜、包静、纪爱玲) 通信作者:邵丽, Email shaoli7907@yahoo.com.cn 【摘要】目的 观察银杏叶提取物( Extractginkgobiloba EGb )对 半乳糖( DGalactose DGal )致痴 呆模型大鼠海马 CA1 Caspase9P35 Cysteinylaspartatespecificprotease )蛋白表达的影响,探讨 EGb 改善 认知能力的可能机制。方法 48 SD大鼠随机分为 组,腹腔注射 DGal 建立痴呆模型,以不同剂量 EGb 进行干预。以 TUNEL 染色观察海马 CA1 区神经元凋亡;以免疫组化和 WesternBlot 法检测大鼠海 CA1 Caspase9P35 表达。结果 半乳糖组较空白对照组海马 CA1 TUNEL 阳性细胞[( 37.8±1.3 个,( 0.8±0.2 )个]及 Caspase9P35 [( 37.6±1.8 )个,( 6.2±1.3 )个]表达明显增加( <0.01 ); EGb 中、高 剂量组较半乳糖组海马 CA1 TUNEL阳性细胞[( 17.6±0.9 )个,( 9.8±0.8 )个,( 37.8±1.3 )个]及 Caspase9P35 表达[( 28.6±1.3 )个,( 25.0±1.6 )个,( 37.6±1.8 )个]不同程度降低( <0.01 );治疗组 TUNEL 阳性细胞及 Caspase9P35 蛋白表达较半乳糖组有所降低,但差异无统计学意义( >0.05 )。结论 EGb 能改善 DGal 致痴呆大鼠学习记忆能力,其作用机制可能与降低 Caspase9P35 活性,抑制海马 CA1 神经元凋亡有关,且疗效与剂量有关。EGb 预防痴呆的效果比治疗效果更优。 【关键词】 老年性痴呆; 银杏叶提取物; 半乳糖; 大鼠; 半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶 EffectsofEGB on hippocampusCA1region Caspase9P35activityin dementiaratsinduced byD gal SHAOLi MAPengju GENGDeqin WANGNuan HUANGQUANsheng BAOJing JIAiling.Department ofNeurology XuzhouFirstPeople sHospital Xuzhou221002 China Abstract Objective Toinvestigatetheeffectandmechanismofextractginkgobiloba EGb onlearn ingmemoryabilityandhippocampusCA1regionCaspase9P35activityindementiaratsinducedbyDgal. Meth ods 48ratswererandomlydividedintosixgroups.Thedementiamodelwereestablishedbyinjectingintraperito neallywiththeDgalandeachEGbgroupwasinjecteddifferentdosesofEGbsimultaneously.TUNELmethodwas usedtodetectapoptosisofhippocampalneuronsintheCA1region.ImmunohistochemistryandWesternBlotwere usedtodeterminetheexpressionofCaspase9P35inhippocampusCA1region. Results Comparedwiththenor malgroup TUNELpositiveneurons (( 37.8±1.3 ),( 0.8±0.2 ))andtheactivityofCaspase9P35 (( 37.6± 1.8 ),( 6.2±1.3 ))hadsignificantincreaseinhippocampalCA1subfieldofDgalgroup <0.01 .Contrastto DGalgroup TUNELpositiveneurons (( 17.6±0.9 ),( 9.8±0.8 ),( 37.8±1.3 ))andtheactivityofCaspase 9P35 (( 28.6±1.3 ),( 25.0±1.6 ),( 37.6±1.8 ))weresignificantdecreasedinEGbMandEGbHgroup 0.01 .WhileTUNELpositiveneuronsandtheactivityofCaspase9P35hadnotsignificantdifferenceinthethera pygroupthanDGalgroup >0.05 Conclusion EGbcanimprovethecognitivelevelofthedementiarats. OneofthetherapeuticmechanismsmaybetodecreasethehippocampusCA1regionCaspase9P35activity.The resultsofthepretreatmentgroupwasmoreeffectivethanthetherapygroup. Keywords Dementia Extractginkgobiloba DGal Rat Caspase 随着老龄化程度日益加深,老年性痴呆正在成为 影响老年人生活质量的重大社会和医学问题,从中医 药探索本病的防治方法和药物具有重要现实意义 有研究认为痴呆发病中的神经元死亡过程主要是调 亡,主要由半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶即 Caspase 家族 执行, Caspase9是细胞凋亡线粒体通路的重要启动 酶。体外细胞培养研究证实, EGb 可阻断 β 淀粉样蛋 白所致的细胞凋亡,认为可能具有抗凋亡的作用 24 EGb 是否能通过降低 Caspase 活性实现脑保护目前报 道并不多,本实验观察了 EGb 对痴呆大鼠海马 CA1 TUNEL 神经元凋亡及 Caspase9P35 活性的影响,旨在 对探讨痴呆发病机制和 EGb 治疗痴呆的作用机制及 其临床应用提供实验依据。 材料与方法 一、材料 1. 实验动物及分组: SD大鼠 48 只雌雄各半,徐州 医学院实验动物中心提供,实验前体质量为 250~ 300g ,标准环境饲养。采用 型迷宫测试,筛选反应 迅速、活泼的 48 只大鼠,称量后按随机数目表分成 · · 中华行为医学与脑科学杂志 2011 10 月第 20 卷第 10 ChinJBehavMed&BrainSci October2011 Vol.20 No.10

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·基础研究·

银杏叶提取物对半乳糖致痴呆大鼠海马

CA1区 Caspase9P35表达的影响邵丽 马鹏举 耿德勤 王暖 黄全胜 包静 纪爱玲

DOI:10.3760/cma.j.issn.1674-6554.2011.10.007基金项目:江苏省高校重点实验室开放课题(kjs01084)作者单位:221002徐州,徐州市第一人民医院神经内科(邵丽、王

暖);江苏省语言与认知神经科学重点实验室,徐州师范大学语言研究

所(马鹏举);徐州医学院附属医院神经内科(耿德勤);江苏大学附属

徐州医院神经内科(黄全胜、包静、纪爱玲)

通信作者:邵丽,Email:shaoli7907@yahoo.com.cn

【摘要】 目的 观察银杏叶提取物(Extractginkgobiloba,EGb)对 D半乳糖(DGalactose,DGal)致痴呆模型大鼠海马CA1区Caspase9P35(Cysteinylaspartatespecificprotease)蛋白表达的影响,探讨EGb改善认知能力的可能机制。方法 将48只SD大鼠随机分为6组,腹腔注射 DGal建立痴呆模型,以不同剂量的EGb进行干预。以TUNEL染色观察海马CA1区神经元凋亡;以免疫组化和WesternBlot法检测大鼠海马CA1区Caspase9P35表达。结果 半乳糖组较空白对照组海马CA1区TUNEL阳性细胞[(37.8±1.3)个,(0.8±0.2)个]及Caspase9P35[(37.6±1.8)个,(6.2±1.3)个]表达明显增加(P<0.01);EGb中、高剂量组较半乳糖组海马CA1区 TUNEL阳性细胞[(17.6±0.9)个,(9.8±0.8)个,(37.8±1.3)个]及Caspase9P35表达[(28.6±1.3)个,(25.0±1.6)个,(37.6±1.8)个]不同程度降低(P<0.01);治疗组TUNEL阳性细胞及Caspase9P35蛋白表达较半乳糖组有所降低,但差异无统计学意义(P>0.05)。结论EGb能改善DGal致痴呆大鼠学习记忆能力,其作用机制可能与降低Caspase9P35活性,抑制海马CA1区神经元凋亡有关,且疗效与剂量有关。EGb预防痴呆的效果比治疗效果更优。

【关键词】 老年性痴呆; 银杏叶提取物; D半乳糖; 大鼠; 半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶

EffectsofEGBonhippocampusCA1regionCaspase9P35activityindementiaratsinducedbyDgal SHAOLi,MAPengju,GENGDeqin,WANGNuan,HUANGQUANsheng,BAOJing,JIAiling.DepartmentofNeurology,XuzhouFirstPeople’sHospital,Xuzhou221002,China

【Abstract】 Objective Toinvestigatetheeffectandmechanismofextractginkgobiloba(EGb)onlearningmemoryabilityandhippocampusCA1regionCaspase9P35activityindementiaratsinducedbyDgal.Methods 48ratswererandomlydividedintosixgroups.ThedementiamodelwereestablishedbyinjectingintraperitoneallywiththeDgalandeachEGbgroupwasinjecteddifferentdosesofEGbsimultaneously.TUNELmethodwasusedtodetectapoptosisofhippocampalneuronsintheCA1region.ImmunohistochemistryandWesternBlotwereusedtodeterminetheexpressionofCaspase9P35inhippocampusCA1region.Results Comparedwiththenormalgroup,TUNELpositiveneurons((37.8±1.3),(0.8±0.2))andtheactivityofCaspase9P35((37.6±1.8),(6.2±1.3))hadsignificantincreaseinhippocampalCA1subfieldofDgalgroup(P<0.01).ContrasttoDGalgroup,TUNELpositiveneurons((17.6±0.9),(9.8±0.8),(37.8±1.3))andtheactivityofCaspase9P35((28.6±1.3),(25.0±1.6),(37.6±1.8))weresignificantdecreasedinEGbMandEGbHgroup(P<0.01).WhileTUNELpositiveneuronsandtheactivityofCaspase9P35hadnotsignificantdifferenceinthetherapygroupthanDGalgroup(P>0.05).Conclusion EGbcanimprovethecognitivelevelofthedementiarats.OneofthetherapeuticmechanismsmaybetodecreasethehippocampusCA1regionCaspase9P35activity.Theresultsofthepretreatmentgroupwasmoreeffectivethanthetherapygroup.

【Keywords】 Dementia; Extractginkgobiloba; DGal; Rat; Caspase

随着老龄化程度日益加深,老年性痴呆正在成为

影响老年人生活质量的重大社会和医学问题,从中医

药探索本病的防治方法和药物具有重要现实意义[1]。

有研究认为痴呆发病中的神经元死亡过程主要是调

亡,主要由半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶即 Caspase家族执行,Caspase9是细胞凋亡线粒体通路的重要启动

酶。体外细胞培养研究证实,EGb可阻断 β淀粉样蛋白所致的细胞凋亡,认为可能具有抗凋亡的作用[24]。

EGb是否能通过降低 Caspase活性实现脑保护目前报道并不多,本实验观察了EGb对痴呆大鼠海马CA1区TUNEL神经元凋亡及 Caspase9P35活性的影响,旨在对探讨痴呆发病机制和 EGb治疗痴呆的作用机制及其临床应用提供实验依据。

材料与方法

一、材料

1.实验动物及分组:SD大鼠48只雌雄各半,徐州医学院实验动物中心提供,实验前体质量为 250~300g,标准环境饲养。采用 Y型迷宫测试,筛选反应迅速、活泼的48只大鼠,称量后按随机数目表分成6

·488· 中华行为医学与脑科学杂志2011年10月第20卷第10期 ChinJBehavMed&BrainSci,October2011,Vol.20,No.10

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组:空白对照组,半乳糖组,银杏叶低、中、高组(作为

预防组),治疗组。

2.主要试剂和仪器:D半乳糖(上海恒信化学试剂公司),TUNEL试剂盒及 SABC试剂盒购自 Boster公司,Caspase9P35多克隆抗体(一抗)购自SantaCruz公司,银杏叶提取物(含总黄酮醇苷1.68mg,银杏内酯0.28mg)由扬子江制药公司惠赠。日本产OlympusPMCB20显微照相系统,垂直电泳仪,转膜电泳仪。

二、方法

1.模型制作:半乳糖组腹腔注射8周Dgal100mg·kg-1·d-1(生理盐水配制),EGBL,EGBM,EGBH腹腔注射8周等量 Dgal及低、中、高剂量 EGb(0.875mg/kg,1.75mg/kg,3.5mg/kg)(按所含黄酮计算,生理盐水配制),治疗组腹腔注射 8周 Dgal后再注射EGb2周,空白对照组注射等量生理盐水。2.TUNEL染色:按试剂盒说明书进行染色与检

测,以400倍显微镜计数一个视野内的阳性细胞数,每张切片随机取海马CA1区5个不重叠的视野进行TUNEL阳性细胞(个/视野),结果取5个视野的平均值。3.Caspase9免疫组化:第10周各组中一半的大鼠

取脑,参照本实验室常规方法[5]进行免疫组化测定。

4.WesternBlot法检测 Caspase9P35活性:第 10周各组另一半大鼠处死,断头取海马,在匀浆机中制备

海马组织匀浆。具体步骤参照本实验室常规方法[5]。

5.统计学方法:所有数据均以均数±标准差表示,用SPSS11.5软件处理,多个组比较采用单因素方差分析。

结 果

一、各组大鼠海马CA1区TUNEL阳性细胞数比较空白对照组海马CA1区可见很少 TUNEL阳性细

胞;与对照组相比,半乳糖组海马 CA1区可见较多的TUNEL阳性细胞,差异有统计学意义(P<0.01)。TUNEL阳性细胞胞核着色呈棕褐色或棕黄色,可见胞核形态皱缩,呈不规则形,圆形、三角形或弯月形,可见

凋亡小体。与半乳糖组相比,EGb各剂量组、治疗组TUNEL阳性细胞不同程度减少,其中 EGb中、高剂量组差异均有统计学意义(P<0.01),EGb低剂量组及治疗组差异无统计学意义(P>0.05)。见表1。

表1 各组大鼠海马CA1区TUNEL阳性细胞数比较(x±s,每组n=4,个/视野)

组别 TUNEL阳性细胞数

空白对照组 0.8±0.2半乳糖组 37.8±1.3a

EGb低剂量组 35.4±1.7ab

EGb中剂量组 17.6±0.9ab

EGb高剂量组 9.8±0.8ab

治疗组 36.0±1.6a

注:与空白对照组相比,aP<0.01;与半乳糖组相比,bP<0.01

二、各组大鼠海马 CA1区 Caspase9P35阳性神经元数目

Caspase9P35主要着色于胞核周围,呈棕黄色。对照组海马 CA1区可见较少的 Caspase9P35阳性神经元;与对照组相比,半乳糖组可见较多的 Caspase9P35阳性神经元,差异有显著性(P<0.01)。与半乳糖组相比,EGb各剂量组,治疗组Caspase9P35阳性表达有不同程度的降低,EGb低剂量组差异有显著性(P<0.05),EGb中、高剂量组差异均有显著性(P<0.01),治疗组差异无统计学意义(P>0.05)。见表2。

表2 各组大鼠海马CA1区Caspase9P35阳性神经元数比较(x±s,每组n=4,个/视野)

组别 Caspase9P35阳性神经元数

空白对照组 6.2±1.3半乳糖组 37.6±1.8a

EGb低剂量组 33.4±2.3ab

EGb中剂量组 28.6±1.3ac

EGb高剂量组 25.0±1.6ac

治疗组 35.4±2.2a

注:与空白对照组相比,aP<0.01;与半乳糖组相比,bP<0.05,cP<0.01

三、各组大鼠Caspase9P35活性比较在分子量35KD附近,空白对照组海马 CA1区可

见较弱的Caspase9P35表达。与空白对照组相比,半乳糖组海马CA1区Caspase9P35表达明显增加,差异有显著性(P<0.01)。与半乳糖组相比,EGb各剂量组及治疗组海马 CA1区 Caspase9P35表达不同程度减少,其中 EGb中、高剂量组差异有显著性(P<0.01),EGb低剂量组,治疗组差异无统计学意义(P>0.05)。见图1。

与空白对照组相比,aP<0.01;与半乳糖组相比,bP<0.01

图1 各组大鼠海马CA1区Caspase9P35活性比较(n=4)

讨 论

凋亡是指机体在生理条件下受到刺激后,经过多

·588·中华行为医学与脑科学杂志2011年10月第20卷第10期 ChinJBehavMed&BrainSci,October2011,Vol.20,No.10

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种信号传递导致细胞产生一系列生态和生化方面的改

变而引起细胞程序性死亡的过程,目前已知有三条主

要的细胞内信号转导通路来调控细胞凋亡:线粒体/细胞色素C通路、死亡受体通路和内质网通路[6]。通常

情况下,Caspase家族成员在细胞中以无活性酶原形式存在,分子量在30~50kD之间,包括三个结构域:氨基端的原域(Prodomain)、大亚单位(约20kD)和小亚单位(约10kD),在凋亡信号刺激下,其特异性天冬氨酸残基处被剪切后激活,活化型 Caspase是由无活性的2个亚单位组成的四聚体。根据它们之间大小亚单位序列的同源性以及功能,可分为三组[7]:(1)细胞因子处理组:Caspase1、4、5、11、12、13和14;(2)凋亡起始组:Caspase2、8、9和10;(3)凋亡效应组:Caspase3、6和7。Caspase9是线粒体凋亡途径的启动酶,介导细胞毒性的死亡信号。完整的Caspase9为46000多肽,激活后裂解为 37000的活性片段[89]。

在线粒体凋亡通路中,凋亡分子细胞色素C(cytochromC,cytC)一旦释放即与细胞凋亡蛋白酶活化因子1(apoptoticproteaseactivatingfactor1,Apaf1)结合,在dATP/ATP存在条件下活化 Caspase9,Caspase9再激活 下 游 效 应 Caspase (Caspase3、Caspase6 或Caspase7),诱导细胞凋亡[1011]。

Cui等[12]研究发现长期注射 D半乳糖导致学习记忆障碍,细胞凋亡及海马区 Caspase3表达增加,并推测D半乳糖通过 Caspase介导的凋亡,诱导氧化应激等途径引起神经退行性变。有研究表明,细胞过度

凋亡可能参与阿尔茨海默病和衰老海马神经元退行性

变的过程[13]。目前TUNEL法被广泛应用于凋亡细胞的标记,本实验中,半乳糖组海马 CA1区可见较多TUNEL阳性细胞,且Caspase9P35活性较对照组明显增加,差异有极显著性,表明在 D半乳糖致老年性痴呆大鼠中D半乳糖可引起海马CA1区神经元的凋亡,与Zhang[14]的报道 DGal可诱导海马 CA1区 TUNEL阳性细胞增加相一致。

大量临床前试验及研究都表明,EGb可以改善轻、中度老年性痴呆患者认知功能障碍及行为异常,其作

用机制可能包括清除自由基,抗氧化,保护线粒体,抗

凋亡等[1517]。与半乳糖组相比,EGb各剂量组及治疗组海马CA1区TUNEL阳性细胞及 Caspase9P35阳性表达均有不同程度的降低,提示在 DGal致痴呆大鼠中EGb能降低Caspase9P35活性,可以对抗长期注射DGal所致的细胞凋亡,从而改善痴呆大鼠的学习记忆障碍,且随剂量增加作用增强。尽管预防组和治疗

组在应用EGb后在行为学指标上都较半乳糖组改善,但预防组效果更为明显,表明EGb对痴呆预防作用更优,可能是因为已发生凋亡的细胞不可逆,为 EGb用于临床预防痴呆提供了理论和实验依据。

参 考 文 献

[1] 胡利,李映红,吴正治.楮实提取物改善老年性痴呆复合模型大鼠空间学习记忆能力及机制研究.中华行为医学与脑科学杂志,2010,19:10011004.

[2] YaoZ,DrieuK,PapadopoulosV.TheGinkgobilobaextractEGb761rescuesthePC12neuronalcellsfrombetaamyloidinducedcelldeathbyinhibitingtheformationofbetaamyloidderiveddiffusibleneurotoxicligands.BrainRes,2001,889:181190.

[3] BastianettoS,RamassamyC,DoreS,etal.TheGinkgobilobaextract(EGb761)protectshippocampalneuronsagainstcelldeathinducedbybetaamyloid.EurJNeurosci,2000,12:18821890.

[4] BastianettoS,ZhengWH,QuirionR.TheGinkgobilobaextract(EGb761)protectsandrescueshippocampalcellsagainstnitricoxideinducedtoxicityinvolvementofitsflavonoidconstituentsandproteinkinaseCJNeurochem,2000,74:22682277.

[5] 邵丽,王暖,耿德勤.银杏叶提取物对半乳糖致痴呆大鼠学习记忆及海马CA1区 nNOS表达的影响.中国行为医学科学,2007,16:673675.

[6] 王海英,张秋玲,李金国,等.电针对局灶性脑缺血再灌注大鼠脑细胞凋亡及神经功能恢复的影响.中华行为医学与脑科学杂志,2010,19:510512.

[7] WolfBB,GreenDR.Suicidaltendencies:apoptoticcelldeathbycaspasefamilyproteinases.JBiolChem,1999,274:2004920052.

[8] ChaiJ,ShiozakiE,SrinivasulaSM,etal.Structuralbasisofcaspase7inhibitionbyXIAP.Cell,2001,104:769780.

[9] WuG,ChaiJ,SuberTL,etal.StructuralbasisofIAPrecognitionbySmac/DIABLO.Nature,2000,408:10081012.

[10]SrinivasulaSM,HegdeR,SalehA,etal.AconservedXIAPinteractionMotifincaspase9andSmac/DIABLOmediatesopposingeffectsoncaspaseactivityandapoptosis.Nature,2001,409:112116.

[11]李天富,罗玉敏,吕传真.细胞凋亡与caspase机制的调控.中国临床神经科学,2003,11:313315.

[12]CuiX,ZuoP,ZhangQ,etal.ChronicsystemicDgalactoseexposureinducesmemoryloss,neurodegeneration,andoxidativedamageinmice:protectiveeffectsofRalphalipoicacid.JNeurosciRes,2006,83:15841590.

[13]许浩,胡祥友,秦松,等.阿尔茨海默病脑海马凋亡神经元发生率增高.中国神经科学杂志,2002,18:462465.

[14]ZhangQ,LiX,CuiX,etal.Dgalactoseinjuredneurogenesisinthehippocampusofadultmice.NeurolRes,2005,27:552556.

[15]NapryeyenkoO,BorzenkoI,GINDEMNPStudyGroup.Ginkgobilobaspecialextractindementiawithnueropsychiatricfeatures.Arandomised,placebocontrolled,doubleblindclinicaltrial.Arzneimittelforschung,2007,57:411.

[16]MullerWE,ChatterjeeSS.CognitiveandotherbehavioraleffectofEGb761inanimalmodels.Pharmacopsychiatry,2003,36:2431.

[17]ZhouLJ,ZhuXZ.ReactiveoxygenspeciesinducedapoptosisinPC12CellsandprotectiveeffectsofBilobalide.JPharmacolExpTher,2000,293:982.

(收稿日期:2011-04-19)(本文编辑:冯学泉)

·688· 中华行为医学与脑科学杂志2011年10月第20卷第10期 ChinJBehavMed&BrainSci,October2011,Vol.20,No.10