PM2.5和甲醛暴露致小鼠阿尔兹海默症样病变及其分子机制的研究

摘要

在人口老龄化逐步加剧的今天，阿尔兹海默症（Alzheimer's disease，AD）给全球越来越多的老年人和家庭带来了严重的负担。作为一种典型的神经退行性疾病，AD已经成为了严重的社会和医疗卫生问题。虽然对于AD的相关特异性基因已被确定，但是遗传因素还不能完全解释AD的发病原因，因此人们现在正在积极探索环境和生活方式可能在AD发生中扮演的角色。基于以上原因，本文选择空气污染物PM2.5和甲醛(Formaldehyde，FA)作为研究对象，已有流行病学研究指出PM2.5和FA暴露与AD的发生有一定的相关性，但是研究其暴露，特别是联合暴露对小鼠脑组织AD样病变的体内及分子机制研究还相对较少。因此本文研究PM2.5和FA暴露（PM2.5单独暴露/FA单独暴露/PM2.5和FA联合暴露）对小鼠脑组织AD样病变的影响，以此为PM2.5和FA暴露与AD关系的研究提供有利的证据。论文分为五章:
　　第一章:介绍了全球人口老龄化和AD的现状，以及AD发病机制的主要假说;并分析了空气污染、PM2.5污染、FA污染对中枢神经系统及AD的影响;最后介绍了论文的选题背景和内容。
　　第二章:以PM2.5为研究对象，研究PM2.5单独暴露对小鼠AD样病变的影响及可能的分子机制。通过对小鼠进行为期7天的PM2.5鼻腔暴露，发现一定浓度的PM2.5暴露会导致小鼠认知能力下降、脑组织病理学损伤、β粥样蛋白和异常磷酸化Tau蛋白表达量增加，出现了典型的AD病理学症状。通过对小鼠脑组织中氧化应激分子通路相关指标（活性氧蔟[ROS]、丙二醛[MDA]、谷胱甘肽[GSH]、超氧化物歧化酶[SOD]活性、8-羟基脱氧鸟苷[8-OHdG];炎症因子[NF-κB、TNF-α、IL-1β、COX-2]、胶质细胞活化[小胶质细胞、星形胶质细胞]）的检测，发现氧化应激是PM2.5暴露后AD样病变的分子机制之一。而低暴露剂量（环境暴露量）:0.193mg/Kg/day（等效于人类100μg/m3），在连续7天这样一个暴露周期下是相对安全的。
　　第三章:以FA为研究对象，研究FA单独暴露对小鼠AD样病变的影响及可能的分子机制。通过对小鼠进行为期7天的FA鼻腔暴露，发现高浓度的FA暴露会导致小鼠出现典型的AD病理学症状，并发现氧化应激是FA暴露后AD样病变的分子机制之一。而低暴露剂量（环境暴露量）:0.155 mg/Kg/day（等效于人类0.08 mg/m3），在连续7天这样一个暴露周期下是相对安全的。
　　第四章:基于第二、第三章的研究结果，选择0.193 mg/Kg/day PM2.5和0.155 mg/Kg/day FA联合对小鼠进行7天的连续暴露，以此来探究两个看似安全的暴露浓度，在联合暴露的情况下是否依然安全。结果发现:单独暴露并未引起小鼠AD样病变的安全浓度，在联合暴露的情况下导致了小鼠脑组织的损伤，小鼠出现了AD样病变，而氧化应激是联合暴露后AD样病变分子机制之一。本章研究结果提示，对于单独暴露来说相对安全的浓度，在联合暴露下并不安全，环境污染是个复杂的联合暴露体系，考虑联合暴露的作用效果，各污染物的安全标准要求可能还会更严格，这也为以后污染物安全剂量/标准的制定提供了参考。
　　第五章:基于前几章的研究成果，采用和前几章同样的研究方式，增加Vit E保护剂组，进一步证明氧化应激在PM2.5和FA暴露所致的AD样病变中的作用，结果显示添加Vit E后，小鼠脑组织中的氧化应激水平有所下降，由PM2.5和FA联合暴露所致的AD样病变有所改善。在进一步证明氧化应激在PM2.5和FA暴露所致的AD样病变中的作用的同时，也为如何改善PM2.5和FA暴露产生的损伤提供了一定的参考。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 人口老龄化：不可否认的事实

1．1．1 人口老龄化现状

1．1．2 老年人的健康状况

1．2 痴呆：一个公共卫生重点

1．2．1 痴呆的定义、症状及亚型

1．2．2 痴呆的全球患病／发病率

1．2．3 痴呆的病因及可能的预防策略

1．3 阿尔兹海默症：脑海中的橡皮擦

1．3．1 阿尔兹海默症概述

1．3．2 阿尔兹海默症发病机制的主要假说

1．3．3 AD动物模型和观测指标

1．4 空气污染与阿尔兹海默症：被污染的大脑

1．4．1 空气污染概述

1．4．2 空气污染与健康

1．4．3 室内空气污染

1．4．4 空气污染与中枢神经系统(Central nervous system，CNS)疾病

1．4．5 PM与AD

1．4．6 甲醛(Formaldehyde，FA)与AD

1．4．7 PM2．5与FA联合污染现状

1．5 论文的选题背景和研究内容

第二章 PM2．5暴露对小鼠AD样病变的影响

2．1 前言

2．2 材料与方法

2．2．1 实验动物

2．2．2 主要试剂及试剂盒

2．2．3 主要仪器设备

2．2．4 PM2．5的收集和处理

2．2．6 实验分组

2．2．7 PM2．5染毒液的配制

2．2．8 实验流程

2．2．9 Morris水迷宫实验

2．2．10 小鼠体重增长及脑指数的测定

2．2．11 小鼠脑组织石蜡切片制备及染色

2．2．12 免疫组化及OD值分析

2．2．13 免疫荧光及OD值分析

2．2．14 脑组织匀浆制备

2．2．15 BBB损伤测定

2．2．16 氧化应激指标测定

2．2．17 炎症指标测定

2．2．18 统计分析

2．3 实验结果

2．3．1 PM2．5样品的表征

2．3．2 PM2．5暴露后对小鼠体重及脑指数的影响

2．3．3 PM2．5暴露对小鼠认知能力的影响

2．3．4 PM2．5暴露对BBB的影响

2．3．5 PM2．5暴露后小鼠脑组织病理学观察

2．3．6 PM2．5暴露对小鼠脑中Aβ1-42表达量的影响

2．3．7 PM2．5暴露对小鼠脑中Tau-P表达量的影响

2．3．8 PM2．5暴露对小鼠脑中胶质细胞活化的影响

2．3．9 PM2．5暴露对小鼠脑中氧化应激水平的影响

2．3．10 PM2．5暴露对小鼠脑中炎症水平的影响

2．4 讨论

2．4．1 PM2．5暴露的剂量、方式、周期的选择

2．4．2 PM2．5暴露对小鼠AD样病变的影响

2．4．3 PM2．5暴露致小鼠AD样病变分子机制的探讨

2．5 本章小结

第三章 甲醛暴露对小鼠AD样病变的影响

3．1 前言

3．2 材料与方法

3．2．1 实验动物

3．2．2 主要试剂及试剂盒

3．2．3 主要仪器设备

3．2．4 实验分组

3．2．5 FA染毒液的配制

3．2．6 实验流程

3．2．7 Morris水迷宫实验

3．2．8 小鼠体重增长及脑指数测定

3．2．9 小鼠脑组织石蜡切片制备及染色

3．3．1 FA暴露后对小鼠体重及脑指数的影响

3．3．2 FA暴露对小鼠认知能力的影响

3．3．3 FA暴露对BBB的影响

3．3．4 FA暴露后小鼠脑组织病理学观察

3．3．5 FA暴露对小鼠脑中Aβ1-42表达量的影响

3．3．6 FA暴露对小鼠脑中Tau-P表达量的影响

3．3．7 FA暴露对小鼠脑中胶质细胞活化的影响

3．3．8 FA暴露对小鼠脑中氧化应激水平的影响

3．3．9 FA暴露对小鼠脑中炎症水平的影响

3．4 讨论

3．4．1 FA暴露的剂量的选择

3．4．2 FA暴露对小鼠AD样病变的影响

3．4．3 FA暴露致小鼠AD样病变分子机制的探讨

3．5 本章小结

第四章 PM2．5和FA联合暴露对小鼠AD样病变的影响

4．1 前言

4．2 材料与方法

4．2．1 实验动物

4．2．2 主要试剂及试剂盒

4．2．3 主要仪器设备

4．2．4 实验分组

4．2．5 染毒液的配制

4．2．6 实验流程

4．2．7 Morris水迷宫实验

4．2．8 小鼠体重增长及脑指数测定

4．2．9 小鼠脑组织石蜡切片制备及染色

4．2．10 免疫组化及OD值分析

4．2．11 免疫荧光及OD值分析

4．2．12 脑组织匀浆制备

4．2．13 BBB损伤测定

4．2．14 氧化应激水平测定

4．2．15 炎症指标测定

4．2．16 统计分析

4．3 实验结果

4．3．1 联合暴露对小鼠体重及脑指数的影响

4．3．2 联合暴露对小鼠认知能力的影响

4．3．3 联合暴露对BBB的影响

4．3．4 联合暴露后小鼠脑组织病理学观察

4．3．5 联合暴露对小鼠脑中Aβ1-42表达量的影响

4．3．6 联合暴露对小鼠脑中Tau-P表达量的影响

4．3．7 联合暴露对小鼠脑中胶质细胞活化的影响

4．3．8 联合暴露对小鼠脑中氧化应激水平的影响

4．3．9 联合暴露对小鼠脑中炎症水平的影响

4．4 讨论

4．4．1 联合暴露对小鼠AD样病变的影响

4．4．2 联合暴露致小鼠AD样病变分子机制的探讨

4．5 本章小结

第五章 维生素E对PM2．5和FA联合暴露所致的小鼠AD样病变的保护作用

5．2．4 实验分组

5．2．5 染毒液的配制

5．2．6 实验流程

5．2．7 Morris水迷宫实验

5．2．8 小鼠体重增长及脑指数测定

5．2．9 小鼠脑组织石蜡切片制备及染色

5．2．14 氧化应激水平测定

5．2．15 炎症指标测定

5．2．16 统计分析

5．3 实验结果

5．3．1 添加Vit E后联合暴露对小鼠体重及脑指数的影响

5．3．2 添加Vit E后联合暴露对小鼠认知能力的影响

5．3．3 添加Vit E后联合暴露对BBB的影响

5．3．4 添加Vit E后联合暴露对小鼠脑组织病理学变化的影响

5．3．5 添加Vit E后联合暴露对小鼠脑中Aβ1-42和Tau-P表达量的影响

5．3．6 添加Vit E后联合暴露对小鼠脑中胶质细胞活化的影响

5．3．7 添加Vit E后联合暴露对小鼠脑中氧化应激和炎症水平的影响

5．4 讨论

5．5 本章小结

总结与展望

参考文献

附录

博士期间的科研成果

致谢