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(9)霍乱毒素B亚单位-神经生长因子耦联制剂滴鼻对拟痴呆小鼠空间学习记忆的影响

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中国康复理论与实践2010年4月第1 6卷第4期Chin J Rehabil Theory Praet,Apr.2010,Vo1. }I o¨4 ・ 311 ・ ・专题・ 霍乱毒素B亚单位一神经生长因子耦联制剂滴鼻 对拟痴呆小鼠空间学习记忆的影响 张卿 ,刘雁勇 ,白丽敏 ,石葛明。,万选才 ,孙红梅 ,左萍萍 [摘要] 目的观察霍乱毒素B亚单位(cholera toxin B subunit,CB)与神经生长因子(NGF)耦联制剂滴鼻治疗对拟痴呆小鼠 学习记忆能力及胆碱能神经系统的影响。方法用改进的过碘酸钠法使CB-NGF耦联,滴鼻治疗脑室内注射口样淀粉蛋白(Apz ) 的拟AD小鼠模型;CB-NGF 7.5/,g/d、15/,g/d滴鼻治疗7 d,Morris水迷宫检测其空间学习记忆能力;免疫组织化学染色胆碱乙酰 化酶(ChAT)。结果未经治疗的模型鼠寻台潜伏期明显延长(P<O.O1);在安全岛所在象限的停留时间明显缩短,斜角带区ChAT 阳性细胞数鼍显著减少(P<o.001)。NGF及CB-NGF滴鼻治疗组寻台潜伏期有所缩短,在安全岛象限内的停留时间比模型组明 显延长(P<O.O1);基底前脑斜角带区ChAT染色明显增多(P<O.01)。结论CB-NGF滴鼻治疗可改善痴呆小鼠的空间认知能力, 与其保护胆碱能神经有关。 [关键词]霍乱毒素B亚单位;神经生长因子;口样淀粉蛋白;Morris水迷宫;胆碱乙酰转移酶 Effect of Nasal Administration of Compound of Cholera Toxin B Subunit and Nerve Growth Factor on Spatial Learning and Memory A- bilities in the Amnesic Mice Z HANG Qing,l,lU Yah—yong,BAI Li—rain,et a1.Departmemt of Pharmacology,Institute of Basic Medical Sciences,School o,Basic medicine,PUMC&CAMS,Beijing 100005,China Abstract:Objective To explore the effects of the conj ugate prepared from the cholera toxin B subunit(CB)and nerve growth fac— tor(NGF)on the spatial learning and memory abilities and cholinergic function.Methods The conj ugate of CB-NGF was prepared by the improved sodium metaperiodate method and nasally administrated to the amyloid protein(Ap2 5_35)induced amnesic mice for 7 days with 2 dosage(7.5 ug/d、15 ug/d).Spatial learning and memory abilities were evaluated by Morris water maze and cholinergic function was assessed with the choline acetyl transferase(ChAT)immunohistoehemical methods.Results Morris water maze test showed that the escape latency in A02¨5一treated mice prolonged and the staying time reduced in the crossed first quadrant where the platform had been located,compared with the control mice(P<0.01).In addition,the number of ChAT positive neuron declined in the model mice(P<0.001).CB NGF nasal administration significantly shortened the escape latency and elevated the staying time and number of ChAT positive neuron(P<0.01).Conclusion CB—NGF treatment can improve the spatial and memory performance which may involve the neuroprotection to cholinergic system. Key words:cholera toxin B subunit;nerve growth factor;8一amyloid protein;Morris water maze;choline acetyl transferase [中图分类号]R742 [文献标识码]A [文章编号]1006—9771(2010)04 0311-03 [本文著录格式]张卿,刘雁勇,白丽敏,等.霍乱毒素B亚单位一神经生长因子耦联制剂滴鼻对拟痴呆小鼠空间学习记忆的影 响[J].中国康复理论与实践,2010,16(4):311—313. 阿尔茨海默病(Alzheimer s disease,AD)以进行 性痴呆为特征的大脑退行性变性疾病。8淀粉样蛋白 (3-amyloid protein,AS)在AD脑中的沉积是AD发 出现障碍,使基底前脑的神经元缺乏神经营养作用,导 致胆碱能神经元的变性和死亡[1]。尽管NGF是治疗 AD的首选药物 ],但由于其分子量较大,难以通过血 脑屏障,在临床应用上受到。有研究者发现,NGF 病的中心环节。神经生长因子(nerve growth factor, NGF)由脑内海马和皮层神经元产生。而AD患者由 滴鼻可以通过嗅黏膜上皮间隙进脑,且滴鼻给药要比 皮层、海马到基底前脑胆碱能神经元的NGF运输 基金项目:国家863资助项目(2003AA21 5181);科技部重大新药创 制科技专项项目(2009ZX09303)。 静脉给药到达脑内的浓度高得多 ]。本课题利用霍乱 毒素B亚单位(cholera toxin B subunit,CB)与神经细 胞膜神经节苷脂(GM1)特异性结合的特点 ],将CB 与NGF耦联后滴鼻治疗拟痴呆小鼠,观察对胆碱能神 经及动物空间学习记忆能力的影响。 1材料与方法 作者单位:1.中国医学科学院基础医学研究所;北京协和医学院基 础学院药理室,北京市100005;2.北京中医药大学解剖教研室,北京市 100029;3.河北医科大学神经生物学实验室,河北石家庄市050017}4. 1.1 CH_NGF连接 参照曾发表的过碘酸钠改良 法 J,取1.5 mg CB(List Biological Laboratories)溶于 1.0 ml蒸馏水中,逐滴加入100 l新配制的0.1 tool/ L的NaIO4,室温搅拌40 min。用0.001 mol/L的醋 中国科学院上海药物研究所药理一室,上海市201203。作者简介:张卿 (1975一),女,山东潍坊市人,博士,助理研究员,主要研究方向:神经退行 性病的药物干预。通讯作者:左萍萍。 中国康复理论与实践2010年4月第16卷第4期Chin J Rehabil Theory Pract,Apt.2010,Vo1.16,No.4 酸缓冲液(pH 4.4)透析过夜,在碘化的CB液中加入 0.2 mol/L碳酸缓冲液100/,1混匀。取1.5 mg NGF (ACCURATE)溶于0.01 mol/L碳酸缓冲液1 ml中, 1.7数据统计分析 数据用( ±S)表示,采用SPSS 11。0统计软件进行单因素(one—way ANoVA)方差分 析,组问比较采用one—way ANOVA下的LSD,以P< 0.05为有统计学差异。 2结果 逐滴加人CB液中,用0.2 mol/L碳酸缓冲液调pH值 为1O,室温下搅拌3 h。加入新配制的硼氢化纳溶液 100肚l,混匀,4-C放置2 h。用0.01 mol/L的PBS 2.1 Morris水迷宫实验 训练第3天对照组小鼠寻 (pH 7.1)透析过夜。透析后的液体加到SepadexG一25 (Pharmacia),用0.01 mol/L的PBS(pH 7.1)洗脱,收 集第一峰,在280 nm处测OD值。用蔗糖浓缩至1.0 ml。 1.2实验动物雄性BAI B/c小鼠,18~2B g,由中国 医学科学院动物研究所提供。明暗光照12 h:12 h, 自由进食饮水。 1.3 AJ3 的聚集老化无菌操作下用无菌生理盐水 溶解,浓度为1 mg/ml,37。C孵箱内孵育72 h。 1.4模型建立与分组 小鼠用0.6 戊巴比妥钠麻 醉,消毒后剪开头部皮肤,根据脑区定位右侧侧脑室注 射凝集态A 。 (S1GMA),每只3 1,注射1 rain,停针 30 S后将微量进样器拔出,消毒后缝合皮肤。常对照 组注射等量无菌生理盐水。在制备模型后的第4天, 将脑内注射AJ3。 的小鼠分为:模型组(NS)、NGF组 (7.5/ ̄g/d)、CB—NGF高剂量组(CB—NGF—H,15/ag/ d)和CB—NGF低剂量组(CB—NGF—L,7.5 ̄g/d)。每 组1O只,滴鼻给药,每个鼻孔滴入5 1,共1O l,给药 1周。 1.5 Morris水迷宫实验该装置包括一圆型迷宫(直 径80 cm)、安全岛(直径7 cm)和监测仪。迷宫中注入 清水,水面高出安全岛表面1 CII1,水温控制在(22±2) ℃。把安全岛所在象限记作第一象限,并在其他3个 象限标定小鼠入水点。小鼠在圆型迷宫中的运动情况 可通过监测仪进行全程跟踪监测,小鼠在60 S内找到 安全岛,以实际时间算作潜伏期,若找不到则以60 S 作为潜伏期。在给药治疗的第4天开始训练小鼠,每 天2次,每次60 S,以第二、三、四象限轮流作为入水 点。若小鼠在60 S内找到安全岛,让其在安全岛上停 留10 S;若动物在60 S内未找到安全岛,将动物牵引到 岛上停留10 S。实验结果以小鼠每天寻找安全岛潜伏 期的2次平均值表示。在给药第7天撤出安全岛,测 定小鼠60 S内在第一象限的停留时间。 1.6 ChAT免疫组织化学染色 脑组织石蜡切片脱 石腊,在0.3 H。O。,37 C孵育30 rain,蒸馏水洗。在 5 羊血清0.3 TritonX一100 PBS液体中,室温封闭 2 h。加兔抗ChAT(Chemicon,1:200),4|C,过夜。 PBS洗3次。加生物素化羊抗兔IgG(1:i00),室温2 h。PBS洗3次。加辣根酶标记链亲合素(1:100),室 温2 h。PBS洗3次。DAB显色。 找安全岛的潜伏期明显缩短,模型组的寻台潜伏期明 显长于对照组(P<0.01),见表1。NGF组与模型组 比较明显缩短(P<0.05),CB—NGF低剂量组和CB— NGF高剂量组与模型组比较,寻台潜伏期亦明显缩短 (P<O.01)。给药第7天(造模第10天),把安全岛撤 走,测定小鼠60 S内在第一象限即安全岛所在象限的 停留时间。发现模型组小鼠在第一象限的停留时间降 低,与对照组相比有显著性差异(P<0.05),NGF组有 明显延长(P<0.05);CB—NGF低剂量组与高剂量组 小鼠的停留时间与模型组相比亦明显延长(P< 0.01) 表1各组小鼠行为学指标与基底前脑斜角 带ChAT阳性神经元数量(n=10) 注:与对照组比较,a:』 <0.01,b:Pd0.05,c:尸GO.oo1;与模型组比较,d: 尸GO.05,e:PGO.o1。 2.2基底前脑斜角带区ChAT免疫组织化学染色 对照组斜角带区胆碱能神经元胞体饱满,染色较深。 模型组染色明显变浅,阳性细胞数显著减少(P< 0.001)。而CB-NGF滴鼻治疗后,斜角带区的胆碱能 神经元胞体染色恢复到正常,ChAT阳性细胞染色明 显增多(P<0.01)。见后插彩图2.1~图2.5。提示 NGF已经到达此区域,并发挥作用。 3讨论 本实验我们选用侧脑室注射AJ3 制作拟痴呆模 型。可溶性A825 没有毒性,而体外孵育老化形成寡 聚体聚集物,产生毒性作用 ]。Morris水迷宫行为学 实验的结果显示,在造模第9天,模型组的逃逸潜伏期 明显长于对照组,说明侧脑室注射AJ3 后导致小鼠 的空间学习记忆能力下降,这与AJ3阻碍由斜角带投 射到海马区域的纤维释放乙酰胆碱有关。注射AJ3zs  Morris水迷宫行为学实验结果显示,在给药第6天, CB—NGF组和NGF组的逃逸潜伏期较模型组缩短,而 明CB—NGF和NGF滴鼻给药7 d都具有改善拟痴呆 后第4天经鼻腔给予CB—NGF和NGF,连续治疗7 d,且前者寻找安全岛的时间更短,并呈剂量依赖性。说 中国康复理论与实践2010年4月第16卷第4期Chin J Rehabil Theory Pract,Apr.2010,Vo1.16,No.4 ・ 313 ・ 小鼠空间学习记忆能力的趋势,但前者的作用更强,提 示CB—NGF的疗效优于NGF。有实验证明,NGF滴 鼻给药要比静脉给药到达脑内的浓度高得多l7],而我 们的实验结果说明,CB—NGF耦修复联后,能够促进 NGF经鼻腔进入颅内,增加了NGF在脑内的浓度。 进入脑内的外源性的NGF一方面可以保护斜角带胆 碱能神经元,促进投射纤维乙酰胆碱的释放;另一方面 还可以增加内源性NGF的利用,从而改善小鼠的认知 功能 。 经鼻腔向脑内递药的方法在我国古代就有记载: 《伤寒杂病论》载有“薤捣汁,灌鼻中”,起到开窍回苏的 急救作用;《世医得效方》用细辛末吹鼻,治疗暗风卒倒 不省人事;中医学更有“纳鼻而通十二经”。现在因经 鼻给药的优点颇多如药物剂量低、吸收迅速、无首过效 [ [应、给药方便等,而得到广泛的应用,缩胆囊素、抗利尿 激素、胰岛素样生长因子等经鼻给药后,直接发挥中枢 作用 。。。药物经鼻黏膜吸收入脑主要有3条通路: 嗅神经通路、嗅黏膜上皮通路和血液循环通路。推测 CB NGF主要通过嗅神经通路到达嗅球。人的嗅觉黏 膜中约有500万个嗅觉神经元,CB_NGF与嗅觉细胞 胞膜的GM1结合,通过内吞作用进入胞体,经轴浆转 运到达嗅球,CB-NGF在胞体内降解分开,发挥各自的 作用;少量的药物通过嗅黏膜上皮间隙吸收,沿嗅神经 通路胞外转运进入嗅球,或经鼻黏膜下毛细血管进入 脑脊液。而NGF滴鼻给药主要通过嗅黏膜上皮间隙 进脑口 ,所以,耦修复联后的CB—NGF比NGF更容易 进入脑内。 从理论上推测,NGF与CB耦修复联后,一是增加 NGF进入嗅球的途径,使脑内含量增加,保护胆碱能 神经元;二是CB通过GM1可能发挥一定的保护和促 突触发生作用,因此,CB-NGF的疗效要优于单纯的 NGF给药。本实验中CB—NGF滴鼻虽然仅得到改善 胆碱能神经元和拟痴呆小鼠空间学习记忆能力的治疗 趋势,但作用确实明显优于NGF。我们还需要在多种 动物模型上验证CB—NGF滴鼻的治疗效果,追踪其脑 内的分布和代谢途径。总之,CB—NGF耦修复联物是 很有开发前景的治疗AD的新一代生物制剂。 [参考文献] E l ̄Siegel GJ,Chauhan NB.Neurotrophic factors in Alzheimer's and Parkinson's disease brainEJ ̄.Brain Res Rev,2000,33: 199—227. E23Lad SP,Neet KE,Mufson EJ.Nerve growth factor:struc ture,function and therapeutic implications for Alzheimer s diseaseEJ].Curr Drug Targets CNS Neurol Disord,2003, rL rL rL rL rL rL 

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