单羧酸转运蛋白表达下调在APP/PS1转基因小鼠长时程记忆障碍中的作用研究

【摘要】背景阿尔兹海默病（Alzheimer’sdisease,AD）是一种影响老年人的神经系统退行性疾病，临床上患者出现进行性的认知障碍、记忆减退和人格改变。AD严重影响患者生存质量，给家庭和社会带来沉重的经济和社会负担。AD患者一个显著特征就是长时程记忆（long-termmemory,LTM）障碍，最终发展为痴呆。因此，阐明AD记忆障碍的发病机制并制定相应治疗措施，成为AD研究中亟待解决的重要问题。正常的能量代谢是大脑进行各项生理活动的重要保障，能量代谢下降或障碍将影响突触形成等神经元的正常功能，并与AD记忆障碍相关。目前研究证实乳酸不仅是神经元优先利用的能量底物，并且在LTM形成中发挥重要作用。单羧酸转运蛋白（monocarboxylatetransporter,MCTs）是一类转运乳酸等单羧酸物质的跨膜转运蛋白，在脑内存在MCT1、MCT2和MCT4三种亚型，三者协同将乳酸在胶质细胞和神经元之间进行转运。研究发现，MCTs介导的乳酸转运不仅是脑内能量代谢的重要组成部分，而且还与LTM形成密切相关。因此，阐明MCTs在AD长时程记忆障碍中的作用，将有助于为临床AD治疗寻找新的靶点。目的探讨MCTs在APP/PS1双转基因AD模型小鼠脑内的表达及其在APP/PS1双转基因小鼠长时程记忆障碍中的作用，以期为揭示AD长时程记忆障碍发病机制提供新的实验依据。方法本研究包括两个部分。第一部分，探讨AD模型小鼠长时程记忆障碍与MCTs表达的相关性；第二部分，探讨姜黄素对AD模型小鼠脑内MCTs表达及其长时程记忆的影响。第一部分，以4.5月龄APP/PS1双转基因小鼠和同月龄相同基因背景C57BL/6J野生型小鼠为研究对象，每组6只。采用Morris水迷宫检测小鼠空间学习和记忆能力；采用免疫组织化学检测小鼠脑内老年斑；采用免疫组织化学和免疫荧光双标记检测小鼠脑内单羧酸转运蛋白（MCT1、MCT2和MCT4）、记忆相关蛋白[活性调节细胞骨架蛋白（activity-regulatedcytoskeletalprotein，Arc）、丝切蛋白（pCofilin）和环磷酸腺苷反应元件结合蛋白（cAMPresponseelement-bindingprotein，pCREB）]的表达情况；采用Westernblot检测小鼠脑内MCTs和记忆相关蛋白表达水平。第二部分，将3.5月龄APP/PS1小鼠分为姜黄素处理组和PBS对照组，每组6只。分别给予姜黄素（50mg/kg/day）或等量PBS进行腹腔注射，连续给药4周。采用Morris水迷宫检测小鼠空间学习和记忆能力；采用Westernblot检测小鼠脑内MCTs、记忆相关蛋白和胰岛素样生长因子（insulin-likegrowthfactor1,IGF-1）表达水平变化。结果第一部分，（1）Morris水迷宫实验结果：在隐蔽平台实验中，4.5月龄APP/PS1小鼠寻找平台的平均逃避潜伏期和逃避路程较野生型(Wile-type,WT)小鼠明显延长（P＜0.05）；在空间探索实验中，APP/PS1小鼠在60s内穿越平台的次数及在目标象限停留的时间比例明显低于野生型小鼠（P＜0.05）。（2）形态学检测：①免疫组织化学显示野生型小鼠大脑皮质和海马区域未见老年斑，4.5月龄APP/PS1小鼠大脑皮质和海马区域发现老年斑沉积，数量较野生型小鼠明显增多（P＜0.05）；②免疫组织化学和免疫荧光双标记检测：MCT1表达于小鼠皮质和海马区域，阳性细胞定位于星形胶质细胞；MCT2表达于小鼠皮质和海马区域，阳性细胞定位于神经元；MCT4表达于小鼠皮质和海马区域，阳性细胞定位于神经元；与WT小鼠相比，APP/PS1小鼠皮质和海马区域MCT1、MCT2和MCT4表达明显降低（P＜0.05）；③免疫组织化学及免疫荧光双标记检测：Arc、pCofilin和pCREB表达于小鼠海马和皮质区域，阳性细胞定位于神经元；与WT小鼠相比，APP/PS1小鼠皮质和海马区域Arc、pCofilin和pCREB表达明显降低（P＜0.05）。（3）蛋白表达水平检测：Westernblot检测显示，与WT小鼠相比，APP/PS1小鼠皮质和海马MCT1、MCT2和MCT4蛋白表达显著减少（P＜0.05）；与此同时，APP/PS1小鼠皮质和海马记忆相关蛋白Arc、pCofilin和pCREB表达下降，与WT小鼠相比，差异具有统计学意义（P＜0.05）。第二部分，（1）Morris水迷宫实验结果：在隐蔽平台实验中，姜黄素处理APP/PS1小鼠寻找隐蔽平台的平均逃避潜伏期和逃避路程较PBS处理APP/PS1小鼠明显降低（P＜0.05）；在空间探索实验中，姜黄素处理APP/PS1小鼠在60s内穿越平台位置的次数及在目标象限停留的时间比例明显高于PBS处理组小鼠（P＜0.05）。（2）蛋白表达水平检测：Westernblot检测显示，与PBS处理APP/PS1小鼠相比，姜黄素处理APP/PS1小鼠皮质和海马MCT1、MCT2和MCT4表达显著增高（P＜0.05）。与此同时，姜黄素处理APP/PS1小鼠皮质和海马记忆相关蛋白Arc、pCofilin和pCREB表达增加，与PBS处理APP/PS1小鼠相比，差异具有统计学意义（P＜0.05）。另外，姜黄素处理APP/PS1小鼠皮质和海马IGF-1蛋白水平较PBS处理小鼠表达增加（P＜0.05）。结论1.APP/PS1转基因小鼠脑内MCT1、MCT2和MCT4表达下调影响胶质细胞和神经元之间的能量代谢，降低记忆蛋白Arc、pCofilin和pCREB表达，从而与APP/PS1小鼠LTM障碍密切相关。2.姜黄素改善APP/PS1小鼠LTM障碍可能与其上调小鼠脑内MCTs水平，改善胶质细胞和神经元之间的能量代谢，促进记忆相关蛋白Arc、pCofilin和pCREB表达有关。
【作者】陆蔚天；
【导师】孙善全；
【作者基本信息】重庆医科大学，生物医学工程，2014，博士
【关键词】阿尔茨海默病；单羧酸转运蛋白；APP/PS1转基因小鼠；长时程记忆；姜黄素；

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