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二磷酸果糖对热性惊厥大鼠学习记忆和情感行为损害保护作用的研究
日期：2024-05-20 03:29
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摘要：
1 ,6-二磷酸果糖对热性惊厥大鼠学习记忆和情感行为损害保护作用的研究
摘 要:
【目的】 探讨1 ,6-二磷酸果糖(f ructose21 ,62diphosphate ,FDP) 对大鼠热性惊厥性学习记忆和情感行为损
害的保护作用。
【方法】 30 只21 日龄雄性SD 大鼠随机均分为果糖干预( FDP intervention group ,FD) 、盐水对照( so-dium chloride solutin cont rol group ,NS) 和热性惊厥组(febrile seizure group ,FS) 。水浴法建立热性惊厥模型; FD 组于惊厥前30min 腹腔注射FDP25mg/ 100g 大鼠体重;而NS 组腹腔注射相同体积的0. 9 %氯化钠溶液; FS 组不予干预。观察各组在避暗试验(passive avoidance test , PAT) 、Morris 水迷宫(Morris water maze ,MWM) 及旷场试验(open field test ,OFT) 中学习记忆和情感行为的变化。
【结果】 FDP 可使惊厥大鼠在PAT 中的记忆潜伏期延长[ FD 组为(341. 16 ±97. 44) s ,NS 组为(227. 62 ±92. 19) s ,FS 组为(213. 66 ±90. 70) s , P < 0. 01 ] ,错误次数减少( FD 组为1. 84 ±1. 27 ,NS 组为4. 97 ±1. 18 ,FS 组为5. 06 ±1. 38 , P < 0. 01) ;在OFT 中,FDP 可增强反复惊厥大鼠的兴奋性( FD 组得分为65. 41 ±8. 02 ,NS组为46. 22 ±7. 97 , FS组为48. 81 ±7. 69 , P < 0 . 01) ,提高大鼠对陌生环境的适应能力( FD组后肢性站立的次数为36. 29 ±5. 06 ,NS组为18. 72 ±4. 71 ,FS组为20. 06 ±4. 96 , P < 0. 01) ,改善大鼠的紧张情绪( FD组粪便粒数为5. 62 ±2. 76 ,NS 组为10. 79 ±2. 91 ,FS 组为11. 43 ±3. 01 , P < 0. 01) ;在MWM 中,FD 组大鼠逃逸潜伏期缩短,搜寻策略改善。
【结论】 1 ,6-二磷酸果糖可以改善反复惊厥大鼠的学习记忆和情感行为,对惊厥性脑功能损伤具有保护作用。
关键词: 1 ,6-二磷酸果糖( FDP) ; 热性惊厥; 学习记忆; 行为; Morris 水迷宫
热性惊厥(febrile seizures ,FS) 是儿科常见急症,有导致不同程度脑损伤的潜在危险。动物实验证实反复热性惊厥可导致大鼠学习记忆功能异常和神经元、细胞器及突触病理结构变化[1～2 ] 。作者采用腹腔预注射1 ,6-二磷酸果糖(f ruc-tose21 ,6-diphosphate ,FDP) 对反复热性惊厥的幼鼠进行干预,探讨FDP 对大鼠热性惊厥性学习记忆和情感行为损害是否具有保护作用。
1 对象和方法
1. 1 对象21日龄雄性SD 大鼠30 只(西安交通大学医学院实验动物中心提供) ,体质量为(50 ±5) g ;按随机数字法均分为果糖干预组( FDP intervention group ,FD) 、盐水对照组(sodium chloride solution cont rol ,NS) 和热性惊厥组( FS) ,每组大鼠数目均为10 只;各组均于标准环境下饲养,自由进食饮水。
1. 2 方法
1. 2. 1 模型建立 采用改良热水浴法[1 ]建立热性惊厥大鼠模型。FD 组大鼠每次诱发热性惊厥前30 min ,按25 mg/100 g ( 即1ml / 10 0 g) 大鼠体重的剂量向大鼠腹腔内注射2. 5 %的FDP 溶液( FDP 由海南天王国际制药有限公司提供,批号:20050114) ;而NS 组大鼠腹腔注射相同体积(1 ml/100 g 大鼠体重) 的0. 9 %氯化钠溶液; FS 组不给予任何干预措施。
1. 2. 2 避暗试验(passive avoidance test ,PAT) SFK- Ⅰ型避暗测试箱(日本产) 分明、暗两室,其间有小门相通;避暗习性使大鼠本能地选择进入暗室,进入暗室的大鼠即刻遭受电击(3 mA ,50 Hz) 而被动地逃回**的明室。5 min 不进入暗室则被认为完成了学习,记录大鼠在完成学习前错误地进入暗室的次数,主要反映大鼠近期学习的能力;24 h 后再次放回明室,记录大鼠由明室进入暗室的时间,即为记忆潜伏期,主要反映大鼠近期记忆的能力。
1. 2. 3 旷场试验(open field test ,OFT) 60 cm×60 cm×60 cm的无顶木盒底部等分为36 个小方格,大鼠放置于中央方格,记录5 min 内大鼠活动经过的格子数、后肢性站立的次数以及排出粪便的粒数。记分标准为:大鼠1/ 2 以上身体进入相邻方格记1 分,后肢性站立记1 分,合计为其总分。研究认为,经过的格子数反映动物的兴奋性;后肢性站立的次数代表大鼠对陌生环境的适应能力;排出粪便的粒数提示大鼠的紧张程度[3 ] 。
1. 2. 4 Morris 水迷宫(Morris water maze ,MWM) 试验Morris水迷宫由圆形水池(直径130 cm ,高50 cm) 、摄像头以及操作分析系统组成。圆形水面被通过圆心的两条假想垂线划分为4 个象限。试验前**使大鼠在水池内自由游泳2 min ,以熟悉环境。试验共4. 5 d ,在一个象限的正中水域内放置一个圆形透明站台(直径10 cm ,高28 cm) ,站台隐于水面下2 cm处,水温保持于24 ℃左右。每天上、下午各进行4 次试验,每只大鼠随机从每个象限的中点面壁式入水1 次,大鼠入水后尽力逃避水患,当发现站台后则栖身其上,图象采集系统自动记录大鼠找到站台的潜伏期。如果120秒仍未找到站台,由操作者将大鼠引上站台休息4 秒并将潜伏期记为120 秒。每只大鼠上、下午4 次成绩的均值作为一个时段值( Ⅰ2 Ⅸ) 进行分析。大鼠搜寻站台的策略分为直线式、趋向式、随机式和边缘式[1 ] 。从搜寻站台的效率来看,四种策略的优劣次序依次为直线式、趋向式、随机式、边缘式。
1. 3 统计学处理 计量资料以均数±标准差( . x ±s) 表示。采用SPSS 10. 0 统计软件依资料性质分别进行方差分析及q 检验、χ2 检验,MWM 试验应用自带软件进行方差分析,检验水准为α= 0. 05 。
2 结 果
2. 1 PAT 中学习记忆的变化 FD 组大鼠在达到学会程度时错误次数*少,同NS、FS 组有显著性差异( q = 6. 63 ,6.29 ; P < 0. 01) 。24 h 后FD 组大鼠的记忆潜伏期*长,同NS、FS 组差异有显著性( q = 5. 76 ,6. 03 ; P < 0. 01) 。表明FDP 对反复热性惊厥导致的近期学习记忆受损有保护作用。
2. 2 OFT 中情感行为的改变 FD 组大鼠穿格得分分值*高,后肢性站立的次数*多,5 min 内排出的粪便粒数*少;FD 组同NS、FS 组在穿格得分( q = 4. 89 ,4. 63 ; P < 0. 01) 、后肢性站立的次数( q = 5. 38 ,5. 07 ; P < 0. 01) 以及排出粪便粒数( q = 5. 81 ,5. 64 ; P < 0. 01) 等方面的差异有显著性,提示FDP 可以改善反复惊厥导致的大鼠情感行为异常。
2. 3 MWM 试验中空间学习能力的变化 FD 组大鼠在Morris 水迷宫中寻找隐匿站台的能力提高,表现为逃逸潜伏期显著缩短,方差分析表明FD 组同NS、FS 组在逃逸潜伏期方面存在显著的统计学差异( F = 133. 19 , P < 0. 01) 。见图1 。
2. 3 MWM 试验中空间学习能力的变化 FD 组大鼠在Morris 水迷宫中寻找隐匿站台的能力提高,表现为逃逸潜伏期显著缩短,方差分析表明FD 组同NS、FS 组在逃逸潜伏期方面存在显著的统计学差异( F = 133. 19 , P < 0. 01) 。见图1 。
FD 组大鼠在Morris 水迷宫试验中以直线式策略搜寻站台的频数和百分比*高,而以边缘式策略搜寻站台的频数和百分比*低,说明FD 组搜寻站台的效率*高。χ2 检验表明FD 组同其他两组在搜寻策略方面存在显著的统计学差异(χ2 = 50. 51 , P < 0. 005) ; FD 组同FS 组(χ2 = 40. 50 , P <0. 005) 及NS 组(χ2 = 42. 72 , P < 0. 005) 比较也存在显著的统计学差异,以上结果提示FDP 可以改善反复惊厥导致的大鼠空间学习记忆能力损害。
3 讨 论
3 讨 论
多项长期随访研究发现FS 和日后情感行为异常、学习困难、智能发育落后以及颞叶癫痫等有一定的联系[4 ,5 ] 。动物实验证实反复FS 可导致未成熟脑的功能[1 ] (学习记忆和情感行为) 和形态结构[2 ] (神经元、细胞器) 出现不同程度损伤。FS 脑损伤干预措施的研究已受到关注。本实验预注射FDP 对反复热性惊厥的幼鼠进行干预发现, FDP 改善了反复惊厥大鼠的学习记忆和情感行为,提示FDP 对FS 脑功能损伤具有保护作用。
3. 1 FDP 的临床应用与作用机制 FDP 是葡萄糖代谢中的一种重要的中间产物,可激活糖酵解中限速酶- 磷酸果糖激酶及丙酮酸激酶活性,加速磷酸烯酮式丙酮酸向丙酮酸转化,增加细胞内能量,FDP 与细胞膜相互作用改变膜离子通透性,能有效防止平滑肌细胞、神经元、血小板、神经细胞、心肌细胞的“钙超载”,提高激活Na + 2K+ 泵的活性,防止细胞水肿[6 ] ,具有膜稳定、细胞保护、抗氧化及改善氧代谢等作用。FDP 在临床上已广泛应用于心肌受损性**辅助**,此外还应用于肝、肾、脑血管等****和研究[7 ,8 ] 。FDP 的神经保护作用机制主要有[9～11 ] : ①FDP 作为一种高能物质及糖酵解的调节剂,参与细胞代谢提高脑组织无氧代谢的ATP 生成量; ②提高离子泵能量,抑制Ca2 + 内流,稳定细胞内Ca2 + ,维持内环境稳定; ③促进糖无氧酵解,抑制有氧氧化,从而减少氧自由基和有害氨基酸的产生; ④提高红细胞内2 ,32二磷酸甘油酸含量,稳定红细胞膜,增加缺氧组织对氧的利用。此外, FDP 减少缺氧后大脑早期基因蛋白mRNA 的表达,抑制凋亡和神经元坏死[12 ] ; FDP 还具有改善和调节细胞的信号通路[13 ]的作用。
3. 2 FDP 对惊厥性脑损伤的保护作用 反复多次热性惊厥发生时,大脑处于缺氧及相对性缺血状态,对缺氧缺血敏感的海马部位表现更为明显。频繁惊厥所致的缺氧可使线粒体发生病理变化,出现肿胀甚至空泡样变,细胞产生ATP不足,致使维持细胞内外离子平衡的各种通道功能受损,尤其是ATP 依赖性的Ca2 + 通道受累,Ca2 + 外流作用受阻而出现反向内流,Ca2 + 内流造成的钙负载以及由此而激发的各种兴奋性氨基酸及自由基的大量释放,*终导致神经元变性坏死;兴奋性神经递质应激状态下的大量释放以及缺氧状态下神经突触联系功能的减弱,使神经元异常兴奋放电增强,又可以促发惊厥的发生,形成恶性循环[2 ] 。FDP 是重要的能源物质,可以通过各种生物膜和血脑屏障而到达**神经系统的组织和细胞,提供离子泵活动以及神经元代谢所需的能量,保证正常状态下Ca2 + 的外流,阻止Ca2 + 反向内流;促进携氧红细胞在缺氧组织释放氧,增加缺氧局部的氧含量,缓解细胞缺氧状态;增强红细胞内二磷酸甘油酸含量,抑制氧自由基和组织胺释放的作用。推测以上机制的综合参与使惊厥性神经细胞损伤减轻,学习记忆等脑功能改善。
