重复经颅磁刺激对脑老化相关认知功能损害的影响及机制探讨

摘要

脑老化是指随着年龄增长脑组织出现的结构和功能的退行性现象，随着脑老化的进展，健康老年人的认知功能表现为学习、记忆能力的下降，主要与联结记忆能力下降有关，同时伴有内分泌功能减退，而内分泌功能的减退可能与甲状腺激素(thyroid hormones, TH)分泌异常以及血脂调节紊乱有关。TH的分泌受下丘脑—垂体—甲状腺轴(hypothalamic-pituitary-thyroid, HPT)调控，激活HPT轴，能够使促甲状腺激素（thyroid stimulating hormone，TSH）分泌增加，进而通过正反馈调节使TH的分泌增加，而增加的TH又能促进脂肪降解。有研究报道TSH水平可能和认知功能呈正相关；高脂血症能增加中年后罹患阿尔兹海默病（Alzh-eimer's disease，AD）和血管性痴呆（vascular dementia，VD）的风险，血脂增高会进一步加重认知功能的损害。因此，控制血脂、增加TSH可能有益于改善老年人的认知功能。
　　那么如何预防脑老化，延缓痴呆是当下神经科学关注的热点。重复经颅磁刺激（repetitive transcranial magnetic stimulation，rTMS）作为一种无痛、无损伤的皮层刺激方法，具有操作简便、安全可靠等优点，近些年在临床中得到广泛应用。课题组前期研究显示rTMS能够改善自然老化小鼠的认知功能，同时发现给予老化小鼠全脑rTMS后，在小鼠前额叶区发现胆固醇含量下降，并且胆固醇含量的下降与认知功能显著相关。我们前期的一系列研究从中枢机制方面证实了rTMS作用使细胞膜电位发生改变，进而引起细胞功能发生变化，同时引起细胞代谢发生改变。rTMS引起细胞功能的改变及细胞代谢变化，其机制可能是通过影响神经可塑性来实现的。本课题组同期通过脑成像技术（MRI）证实了rTMS干预改善认知功能是通过调节老年人的脑可塑性来实现的。老年人大脑虽然保留了可塑性，但随着年龄增长而发生的大脑结构改变，可能会影响老年人大脑的可塑性程度，因此，提示了早期干预的必要性。但是，在此研究之前尚未有研究系统地探讨rTMS干预对健康老年人认知的作用，对脑老化的早期干预研究还比较少。同时，关于rTMS对内分泌激素影响方面的研究甚少，且研究结果不尽一致。那么，老年人外周血脂及TH的改变是否与认知功能改善相关，其机制是否与调节脑的可塑性有关，是否通过改变突触可塑性来调节脑组织代谢，进而调节HPT轴？目前尚未见报道。
　　因此本课题：(1)拟观察rTMS干预是否能够改善老年人认知功能，探讨其潜在的内分泌机制。(2)拟检测SAMP8小鼠海马区突触相关蛋白、mRNA的变化，探讨rTMS干预改善老化相关认知功能的突触可塑性机制，为外周血脂及TH改变可能参与调节脑可塑性这一中枢机制提供理论支持。
　　第一部分：重复经颅磁刺激对老年人认知功能的影响
　　目的：观察rTMS对健康老年人认知功能(主要是联结记忆功能)的影响。
　　方法：
　　1、经过招募、入组筛查后，将入组的50例老年人按照随机数字表法随机分配至磁刺激干预组(rTMS组)25例和假刺激对照组(Sham组)25例， rTMS组采用10 Hz的rTMS施加于受试者右侧背外侧前额叶(dorsolateral prefrontal cortex, DLPFC)，干预周期为2周，每周5次，每次干预约持续20分钟。Sham组的参数设置与rTMS组相同，不同之处为将线圈垂直于头皮放置。
　　2、 rTMS干预前首先参加基线神经心理测验(前测)评估其认知功能。
　　3、 rTMS干预后，两组老年人参加神经心理测验的后测，以评估干预效果。整个实验过程中，rTMS组脱落2例，Sham组脱落3例。
　　结果：
　　1、两组受试者一般情况比较显示，两组受试者在年龄、性别、受教育年限、记忆症状以及总体认知功能方面均没有显著差异(P>0.05)。
　　2、受试者总体认知功能评估结果显示，干预前两组受试者各项认知功能评分组间均无统计学差异(P>0.05)；干预后rTMS组受试者Face-name和PALT两项评分均明显高于干预前(P<0.05)。干预后Sham组受试者虽然Face-name、PALT、DSF三项评分均较干预前有所增加，但无统计学差异(P>0.05)。干预后两组受试者认知功能评分差值组间比较，DSB评分和Face-name评分均有明显统计学差异(P<0.05)，其余各项认知功能评分均无明显统计学差异(P>0.05)。
　　第二部分：重复经颅磁刺激改善老年人认知功能的内分泌机制探讨
　　目的：观察rTMS干预后外周血脂、血清TH的变化，探讨rTMS干预改善老年人认知功能的潜在内分泌机制。
　　方法：
　　1、第一部分招募入组的50例受试者经过入组筛查后，将达到入组标准的43名老年人受试者按照随机数字表法随机分配至磁刺激干预组（rTMS组）22例和假刺激对照组（Sham组）21例，rTMS组采用10 Hz的rTMS施加于受试者右侧DLPFC，干预周期为2周，每周5次，每次干预约持续20分钟。Sham组的参数设置与rTMS组相同，不同之处为将线圈垂直于头皮放置。
　　2、 rTMS干预前一天晨起8点统一进行空腹抽血，进行血脂及TH的检测。
　　3、 rTMS干预后第二天晨起8点统一进行空腹抽血，进行血脂及TH的检测。整个实验过程中，rTMS组脱落8例，Sham组脱落5例。
　　结果：
　　1、两组受试者一般情况比较显示，两组受试者在年龄、性别、受教育年限、记忆症状以及总体认知功能方面均没有显著差异(P>0.05)。
　　2、两组受试者血清甲状腺激素结果显示，干预前两组受试者各项血清TH指标组间无统计学差异(P>0.05)；干预后rTMS组受试者TSH、T4均明显高于干预前(P<0.05, P＜0.01)。干预后Sham组受试者T3、T4、TSH均较干预前出现降低趋势，但无明显统计学差异(P>0.05)。干预后两组受试者血清甲状腺激素评分差值组间比较均无明显统计学差异(P>0.05)。
　　3、两组受试者血脂结果显示，干预前两组受试者各项血脂指标组间无统计学差异(P>0.05)；干预后rTMS组受试者CHO、TG、Apo-B均明显低于干预前(P<0.05)。干预后Sham组受试者CHO、TG、HDL-C、LDL-C、Apo-A1均较干预前反而出现增加趋势，但无明显统计学差异(P>0.05)。Apo-B较干预前有所增加，而且差异有统计学意义(P<0.05)。干预后两组受试者血脂评分差值组间比较，CHO、TG、LDL-C、Apo-A1、Apo-B均有明显统计学差异(P<0.05)，而HDL-C无明显统计学差异(P>0.05)。
　　4、受试者总体认知功能评估结果显示，干预前两组受试者各项认知功能评分组间均无统计学差异（P>0.05）；干预后rTMS组受试者Face-name、PALT、DSF、DSB四项认知功能评分较干预前有所增加，但无统计学差异（P>0.05）。干预后Sham组受试者虽然Fluency-food、PALT、DSF三项评分均较干预前有所增加，但无统计学差异（P>0.05）。干预后两组受试者认知功能评分差值组间比较，各项认知功能评分均无明显统计学差异（P>0.05）。
　　5、血脂、血清甲状腺激素各项指标与认知功能各项评分间的相关性分析显示，rTMS组CHO值在一定范围内越降低，Face-name评分越升高；TSH值在一定范围内越升高， PLAT评分越升高。rTMS组CHO值与Face-name评分呈显著负相关(r=-0.628，P=0.016)；TSH值与PLAT评分呈显著正相关(r=0.600，P=0.023)。
　　第三部分：重复经颅磁刺激对SAMP8小鼠认知功能及突触可塑性相关标志物的影响
　　目的：观察5Hz，30％最大输出强度的rTMS干预对SAMP8小鼠的认知功能的影响，探讨其改善认知功能的机制。
　　方法：
　　1、采用7月龄雄性SAMP8小鼠随机分为两组：rTMS组（P8-rTMS）接受磁刺激和sham-rTMS组（P8-sham）接受假刺激；7月龄雄性SAMR1小鼠作为sham-rTMS组(R1-sham）接受假刺激，每组20只小鼠。
　　2、 rTMS干预2周后通过水迷宫实验检测各组小鼠学习记忆能力。
　　3、 rTMS干预2周后将小鼠断头取脑，分离海马组织-80℃冰箱储存。
　　4、蛋白印迹（western blotting）分析三组小鼠海马区突触素（syna-ptophysin，SYN），突触后致密物95（postsynaptic density95，PSD95），脑源性神经生长因子（brain derived neurotrophic factor，BDNF），酪氨酸受体激酶受体 B（tyrosibe kinase B，TrKB）表达情况。
　　5反转录酶-聚合酶链锁反应（reverse transcription-polymerase chain reaction，RT-PCR）分析三组小鼠海马区SYN、PSD95、BDNF、TrKB的表达情况。
　　结果：
　　1、水迷宫实验结果显示，在定位巡航实验阶段：P8-rTMS组的平均潜伏期时间较P8-sham组明显缩短(P=0.022<0.05)，前五天的平均潜伏期，同P8-rTMS组和P8-sham组比较，R1-sham组的平均潜伏期时间明显缩短(P<0.01)。在空间探索阶段：第六天测试，P8-rTMS组的平台象限探索时间较P8-sham组明显缩短，R1-sham组同P8-rTMS组和P8-sham组比较，平台象限探索时间明显缩短(R1-sham Vs P8-sham or P8-rTMS, P<0.01, and P8-rTMS Vs P8-sham, P=0.019<0.05)。穿越平台次数：R1-sham组的穿越平台次数明显高于P8-rTMS组和P8-sham组(P<0.01)，P8-rTMS组的穿越平台次数明显高于P8-sham组(P<0.01)。上述结果表明，与SAMR1小鼠比较，SAMP8小鼠存在学习与记忆能力的下降，而连续14天的rTMS能够明显改善SAMP8小鼠的学习与记忆能力，但是认知功能不能恢复到类似SAMR1小鼠的水平。
　　2、 rTMS干预后SAMP8小鼠海马SYN、PSD95、BDNF、TrkB蛋白表达结果显示，与P8-sham组相比较，14天的rTMS显著上调了p8-rTMS组小鼠海马区域SYN、PSD95、BDNF、TrkB蛋白的表达(P<0.05)，但是相对于R1-sham组小鼠而言，p8-rTMS组小鼠海马区域SYN、PSD95、BDNF、TrkB蛋白的表达是低于正常水平的(P<0.05)。
　　3 rTMS干预后SAMP8小鼠海马SYN、PSD95、BDNF、TrkB的mRNA表达结果显示，不同组别间的mRNA表达与蛋白表达结果相一致。同样地，在R1-sham组，SYN、PSD95、BDNF、TrkB mRNA水平表达最高，且明显高于p8-rTMS组和P8-sham组(P<0.05)。与P8-sham组相比较，rTMS显著上调了p8-rTMS组SYN、PSD95、BDNF、TrkB的表达水平(P<0.05)。
　　结论：
　　1、 rTMS干预能够促进联结记忆成绩的提升，改善健康老年人的认知功能。本实验为老化相关认知功能障碍的治疗提供了有效的干预方案。
　　2、 rTMS降低健康老年人血脂水平、增加T3、T4、TSH的分泌，其机制可能是通过调节HPT轴，增加TH水平来实现的，进而改善老年人的认知功能，延缓衰老。
　　3、与SAMR1小鼠相比，7月龄SAMP8小鼠存在学习记忆能力的下降，而连续14天rTMS（5Hz，30%最大输出强度）干预能够显著改善SAMP8小鼠的学习和记忆能力。
　　4、连续14天rTMS（5Hz，30%最大输出强度）干预后，SAMP8小鼠海马的SYN、PSD95、BDNF、TrkB的蛋白和mRNA表达均增加，其可能是rTMS改善SAMP8小鼠认知功能的潜在机制。推测老年人外周血脂及TH的改变可能与调节脑的可塑性有关，进而调节HPT轴，尚需要后续研究进一步验证。

目录

声明

英文缩写

引言

第一部分重复经颅磁刺激对老年人认知功能的影响

前言

材料与方法

结果

附图

附表

讨论

小结

参考文献

第二部分重复经颅磁刺激改善老年人认知功能的内分泌机制探讨

前言

材料与方法

结果

附表

讨论

小结

参考文献

第三部分重复经颅磁刺激对SAMP8小鼠认知功能及突触可塑性相关标志物的影响

前言

材料与方法

结果

附图

附表

讨论

小结

参考文献

结论

综述一:重复经颅磁刺激（rTMS）在脑卒中康复中的应用

综述二:中枢促炎症性细胞因子在阿尔兹海默病中的作用

致谢

个人简历

一、一般情况

二、个人经历

三、发表论文

四、获奖情况

五、承担或主研课题情况