间歇低氧对大鼠认知功能的影响及其分子机制的研究

摘要

目的 探讨间歇低氧对大鼠认知功能的影响及其分子机制.方法 选用雄性Wistar大鼠64只,体质量(180±10)g,按随机数字表法分为正常对照组(UC组)和5％间歇低氧组(5％ IH组),每组32只;每组按取材时间不同随机分为7、14、21、28 d四个亚组,每个亚组8只.UC组大鼠置于实验箱内持续注入空气,氧浓度为21％;5％IH组大鼠置于实验箱内,循环注入氮气及空气,使氧浓度在5％-21％之间变化,每120 s为1个周期.2组大鼠每日实验8h,其余16 h常规饲养,分别持续进行7、14、21、28 d.各亚组实验后应用Morris水迷宫检测两组大鼠学习记忆功能.完成Morris水迷宫实验后处死并取出大鼠海马组织,制备切片标本:采用透射电镜观察大鼠海马CA1区神经细胞超微结构的改变;采用免疫组织化学法检测海马CA1区神经细胞凋亡蛋白酶激活因子-1(Apaf-1)、第二个线粒体衍生的caspase激活因子(Smac)蛋白的表达情况;采用Tunel法检测海马CA1区神经细胞凋亡情况,并计算神经细胞凋亡指数.采用Pearson检验,分析UC组不同时间点Apaf-1及Smac蛋白的表达与神经细胞凋亡指数的相关性.结果 (1) Morris水迷宫实验:UC组大鼠间歇性低氧7、14、21、28 d逃避潜伏期分别为(20.83±3.25)、(22.17 ±2.79)、(20.50±4.51)、(21.17±4.17)s,跨越目标象限时间分别为(52.17±4.17)、(52.50±2.74)、(51.50±2.43)、(52.00±4.78)s,各时间点差异均无统计学意义(P值均＞0.05);5％ IH组间歇性低氧7、14、21、28 d逃避潜伏期分别为(33.17±2.14)、(44.33±3.45)、(52.17±3.87)、(64.33±2.73)s,跨越目标象限时间分别为(44.00±3.03)、(34.50±3.94)、(27.83±3.01)、(20.83±1.94)s,随间歇低氧时间的增加,逃避潜伏期延长,跨越目标象限时间明显缩短,差异均有统计学意义(F=106.335、61.772,P值均＜0.01).两组间比较:5％IH组不同时间点逃避潜伏期时间均大于UC组,跨越目标象限时间均小于UC组,差异均有统计学意义(P值均＜0.01).(2)透射电镜观察神经细胞超微结构:UC组大鼠海马CA1区神经元核较大,核膜结构完整,呈椭圆形或圆形,染色质分布均匀呈细颗粒状,细胞器丰富,形态结构正常;5％IH组从7d开始出现神经元水肿,细胞核变形,核膜模糊,核仁逐渐消失,细胞器肿胀溶解等,随着时间的延长,改变程度越重.(3)Apa-1、Smac蛋白的相对表达量:UC组各个时间点海马CA1区神经细胞Apaf-1、Smac蛋白的相对表达量差异均无统计学意义(P值均＞0.05);而5％ IH组各个时间点Apaf-1、Smac蛋白的相对表达量均随间歇低氧时间的延长而升高,差异均有统计学意义(F=25.328、42.923,P值均＜0.01).两组间比较:5％IH组各个时间点Apaf-1、Smac蛋白的相对表达量均明显高于UC组,差异均有统计学意义(P值均＜0.01).(4)神经细胞凋亡情况:UC组各个时间点海马CA1区神经细胞神经细胞凋亡少,AI差异无统计学意义(P＞0.05);5％ IH组随间歇低氧时间的延长而升高,AI差异有统计学意义(F =25.799,P＜0.01).两组间比较:各个时间点海马CA1区神经细胞凋亡明显高于UC组,AI差异均有统计学意义(P值均＜0.05).(5)Pearson检验显示:5％ IH组各个时间点大鼠海马CA1区Apaf-1、Smac蛋白的表达与凋亡指数均呈正相关(rApaf-1=0.735、0.736、0.685、0.747,rSmac=0.735、0.734、0.679、0.751,P值均＜0.05).结论 间歇低氧可导致大鼠认知功能障碍,这可能与其引起大鼠海马CA1区神经细胞超微结构的改变,诱导凋亡相关蛋白Apaf-1、Smac的表达,进而造成神经元凋亡有关.