硫胺素缺乏下调与学习相关的成体海马神经发生的实验研究

摘要

韦尼克脑病是由于硫胺素缺乏(thiamine deficiency，TD)导致的神经退行性疾病，以认知功能障碍、共济失调及眼球运动异常等为显著临床表现。硫胺素是一种水溶性的B族维生素，在体内作为α-酮戊二酸脱氢酶(α-ketoglutaratedehydrogenase complex，α-KGDH)、丙酮酸脱氢酶(pyruvate dehydrogenase complex，PDH)和转酮醇酶(transketolase，TK)的辅酶参与了三羧酸循环和磷酸戊糖旁路反应。TD显著影响大脑的认知功能，但其发生机制并未阐明。由于TD主要导致成体脑选择性的中线两旁结构损伤，而这些结构正是成体神经发生(包括室管膜下区和海马齿状回)存在的区域。因此，海马神经发生功能的变化可能与TD介导的认知功能障碍有关。本研究的主要目的是探讨在病理害前期、TD是否损害成体海马神经发生功能，及其与认知功能障碍的关系。 第一部分硫胺素缺乏模型小鼠行为学的研究 目的：建立硫胺素缺乏动物模型，探索硫胺素缺乏不同时期模型小鼠行为学的变化。发现动物模型开始出现病理变化及乙酰胆碱能神经元变化的时间点，以及行为学变化的规律。 方法：利用硫胺素缺乏的特殊饮食饲养小鼠制作硫胺素缺乏动物模型。用Y迷宫检测硫胺素缺乏第2、9、16和20天模型小鼠的学习和记忆能力。对出现学习记忆能力下降的模型动物行：HE、Nissl染色及胆碱乙酰转移酶(ChAT)免疫组化染色，并且给予硫胺素补充5天，观察行为学的变化。 结果：从硫胺素缺乏第9天开始小鼠出现学习能力的下降，从第21天开始出现记忆能力的下降。硫胺素缺乏9天时并未出现海马、丘脑、乳头体等部位的病理变化、神经元缺失以及膈核ChAT免疫阳性细胞数目的减少，并且在硫胺素缺乏9天时给予腹腔注射硫胺素12小时后学习能力可以完全逆转，而在硫胺素缺乏16天时给予补充硫胺素则不可逆转下降的学习能力。结论：硫胺素缺乏可以影响小鼠的行为学。在硫胺素缺乏早期，小鼠即出现学习能力的下降，至晚期才出现记忆能力的受损。在早期即硫胺素缺乏9天出现学习能力下降时，并未发现有各易损脑区的病理变化、神经元缺失及胆碱能神经元退变，而且此时硫胺素的及时补充可以使受损的学习能力得到完全逆转，而硫胺素缺乏晚期则属于不可逆期。 第二部分硫胺素缺乏模型小鼠海马齿状回颗粒下层神经发生的实验研究 目的：探讨硫胺素缺乏不同时期小鼠海马齿状回颗粒下层神经发生(以下简称海马神经发生，包括细胞增殖、分化、成熟和成活)的变化。 方法：取硫胺素缺乏第7、9、14和25天小鼠行BrdU、PCNA、Dcx、NeuN等抗体免疫组化染色。对出现海马神经发生功能下调的模型动物予以注射硫胺素，并行BrdU及Dcx染色以观察海马神经发生是否可逆。 结果：从硫胺素缺乏第9天起，小鼠海马齿状回BrdU、PCNA、Dcx阳性细胞数或免疫活性较正常对照组显著减少，且BrdU阳性细胞的存活率也显著下降，而NeuN的免疫活性则无明显变化。此时给予硫胺素注射5天后，海马BrdU和Dcx免疫阳性细胞较未补充前显著增加，而在硫胺素缺乏16天时给予补充硫胺素则不可逆转下调的神经发生功能。 结论：硫胺素缺乏可以下调海马神经发生功能，而对成熟神经元影响不大；在硫胺素缺乏早期，海马神经发生功能的受损是可逆的，而硫胺素缺乏晚期则属于不可逆期。 第三部分硫胺素缺乏早期模型小鼠海马长时程增强的研究 目的：探讨硫胺素缺乏9天对海马CA1区和CA3区长时程增强(LTP)的影响。 方法：细胞外场电位记录分别在海马CA1区域和CA3区域进行。诱导CA1区LTP时，刺激电极和记录电极沿CA3到CA1走向依次放在CA1区放射层的Schaffer collateral通路；诱导CA3区LTP时，刺激电极置于mossy fiber bundle，记录电极置于stratumlucidum。结果：在海马CA1区，TD9组和正常组都可以经TBS诱导出LTP，两组图形相似，数据统计后未发现统计学差异。在CA3区，亦未发现TD9组和正常组的统计学差异。 结论：TD早期对海马CA1和CA3区神经突触传递影响不大。

目录

论文说明：本论文常用缩略词

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前 言

第一部分 硫胺素缺对成年小鼠行为学的影响

材料与方法

1硫胺素缺乏不同时期小鼠行为学的检测

2硫胺素缺乏时病理及胆碱能神经元变化的检测

3早期补充硫胺素对小鼠行为学的逆转作用

结 果

讨 论

第二部分 硫胺素对小鼠海马齿状回神经发生的影响

材料与方法

1硫胺素缺乏不同时期海马齿状回神经发生的变化

2早期补充硫胺素对海马齿状回神经发生的逆转作用

结 果

讨 论

第三部分 硫胺素缺乏早期模型小鼠海马长时程增强的研究

材料与方法

结 果

讨 论

参考文献

全文小结

中文综述 成体脑室管膜下区神经发生的研究进展

Review in English Neurogenesis in the adult subventricular zone

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附录1

附录2

致谢