脑脊液中高浓度铁对大鼠行为学及神经元凋亡的影响

【摘要】  目的：研究高浓度铁对大鼠行为学及神经元凋亡的影响，从而进一步探讨其与阿尔采默末病(AD)病因学间的关联。方法：用在大鼠侧脑室埋管、经脑室给药的方法向实验组大鼠脑室注入FeCl3 10 μL；向对照组注入人工脑脊液10 μL，第5、10天重复给药1次，用Morris水迷宫测定其行为学改变，用Annexin V?FITC染色细胞，通过流式细胞仪测定大鼠早期神经细胞凋亡百分率。结果：行为学实验组大鼠寻找平台时间、距离和均大于对照组；实验组染色阳性细胞百分率高于对照组。结论：本实验证明向脑室内注入铁离子可引起大鼠学习记忆功能障碍的行为学改变及神经元凋亡，这正是AD的特征性临床病理改变，因此推测脑脊液中高浓度铁离子可能是与引起散发性AD的病因有关联。

【关键词】  铁离子 阿尔采默病 Morris水迷宫 凋亡

    Abstract  Objective：To examine the behavioral performance and molecular pathological changes induced by higher concentration iron.FeCl3 were injected into intracephalic of rats by embedding a plastic hollow tube into their ventricle of brain.Methods：15 rats were divided into control and experimental groups.Both of the experimental and control rats.A small burr?hole was made in the left/right side of the craium with a dental drill.A plastic hollow tube was embedded in the ventricle of brain.After the surgen，FeCl3 were injected into ventricle of brain.Of control tats interval 5 days and 3 times injection were carried out.Then the behavioral performance were examined by Morris water maze and the percentage of early apoptosisin of cells load with Annexin?FITC were testded by flow cytomery.Results：There were ignificant differences in the mean escape latencies：sum of escape distance between exprimental and control rats.Percentage of Annexin?FITC loaded cells that are undering apoptosis in animals treated by iron were higher than that of normals.Conclusion：Injecting higher concentration iron into ventrcle induce damage of study and memory and neuron apoptosis which were the clinic and pathological characteristic of AD.

    Key words  iron；AD；Morris water maze；apoptosis

    阿尔采默病(AD)是一种临床上以进行性智能障碍为特征，病理上以皮层及海马区出现老年斑、神经纤维缠结为特征的疾病。近来，随着家族性AD病因的揭示，散发性AD病因的研究日益受到重视，人们发现环境、代谢对散发性AD的发生起着重要作用。而饮食(水)因素，特别是一些微量元素与AD病因的关系日益引起人们的重视。研究通过在大鼠侧脑室埋管，分别将FeCl3注入大鼠脑室系统，用Morris水迷宫测定其行为学改变，用Annexin V?FITC染色细胞，通过流式细胞仪测定大鼠脑组织早期凋亡细胞百分率，研究大鼠行为学改变及神经元凋亡的发生，进一步探讨铁离子与AD病因之间的关系。

    1  资料与方法

    1.1  一般资料

    实验对象为山西医科大学动物中心提供的3月龄雄性SD大鼠18只(起始体重250～280 g)。随机分为实验组10只，对照组8只。实验期间自由饮食、饮水，分笼饲养。

    1.2  行为学测定装置

    行为学测定装置由Morris水迷宫及图像自动监视系统组成。Morris水迷宫为一直径120 cm、高50 cm的圆形水池，水深30 cm，水温23℃。池壁上标有东、南、西、北4个入水点，而将水池分为西南、东南、东北(平台所在)、西北4个象限(记录时分别以1～4代表)。在3象限正中距池壁20 cm处固定一直径为10 cm的圆形透明逃避平台，池水没过平台1 cm。测定前将鼠头用染发剂染黑，向池中加入奶粉使水呈白色不透明。由图像监视系统同步记录大鼠运动轨迹。

    1.3  动物筛选

    将鼠面向池壁依次从1，2，4象限放入水池，限时180 s内找到逃避平台，并在平台上停留2 s，即被认为逃避成功。18只大鼠每日上午、下午各进行1次行为学测定，共测定5 d 10次，8次(含8次)逃避成功者入选，其余剔出。

    1.4  脑室埋管术

    用戊巴比妥钠(40 mg/kg)经腹腔注射麻醉后将鼠置于立体定位仪上将鼠头固定，参照大鼠立体定位图谱1旁正中切口，在正中线旁开2 mm，前囟十字缝横线后1.3～1.8 mm处用牙钻钻孔至硬脑膜下3.5 mm，拔钻后，将长0.9 cm，直径1 mm的空心塑料管垂直插入约3 mm，见有透明脑脊液平面，用牙粉固定塑料管，术后恢复休息1周。

    1.5  给药方法

    实验组取FeCl3溶液10 μL(5.2 μg/μL)，对照组取生理盐水10 μL，分别用微量加样器经脑室埋管缓慢注入大鼠侧脑室。每5 d给药1次，共给药3次。

    1.6  水迷宫行为学测定

    实验组有9只，对照组有6只大鼠进行行为学测定，共测定7 d，测定指标有平均潜伏时间(s)；行程(cm)。

    1.7  流式细胞计数

    去大鼠大脑额叶皮层组织，以70％冷乙醇固定，将固定组织用机械法制备成单分散细胞悬液，低速离心后(700r/min)，用500目滤网弃去团块，调整细胞浓度为每个3×106/个/mL，加入特异性的早期凋亡细胞标记物Annexin V?FITC染色标记细胞15 min后收集1万个神经元细胞，用流式细胞仪测定细胞早期凋亡百分率。

    1.8  统计学方法

    数据用SPSS软件包进行方差分析，用±s表示，将平均潜伏时间、距离转换成lgX，将早期细胞凋亡百分率转换成sin－1X，P＜0.05则认为有显著差异。

    2  结    果

    实验组与对照组大鼠平均潜伏时间、距离、早期凋亡细胞百分率比较差异显著(见表1)。表1  两组平均潜伏距离、时间及早期凋亡细胞百分率比较

    3  讨    论

    纵观近年来的研究，普遍认为早期发病的AD与遗传因素有关，晚期发病的AD与环境因素有关，有报道指出，AD时有铁代谢的参与，脑内铁离子、转铁蛋白和转铁蛋白受体的变化直接或间接与AD有关［1］，Connor用免疫组化法检测AD患者脑组织中铁、铁蛋白及转铁蛋白含量［2］，发现老年斑及血管周围染色呈强阳性，同时这些部位的铁蛋白染色阳性细胞也明显增多，另有研究证明，AD患者血浆、脑脊液中铁结合蛋白P97增加［3］，并且提出P97浓度作为AD的一个检测指标。由于AD是以智力减退为特征的病变，研究者常以Morris水迷宫作为检测AD动物模型的重要手段之一。本研究结果显示，实验组大鼠在水迷宫行为学测定中平均逃避时间延长，所走过的距离增加，说明在脑脊液中注入铁离子可损伤大鼠的行为学，能引起大鼠学习记忆功能障碍，这正是AD的重要临床特征。细胞凋亡在AD发病机制中的作用备受关注，运原位标记技术可证实AD患者脑中细胞凋亡的发生，与年龄相配对的非AD患者脑中凋亡细胞明显增多，细胞凋亡已成为AD神经元死亡的重要途径。Annexin V?FITC是特异性的早期凋亡细胞发生的标记物［4］，可将早期凋亡细胞识别，目前有报道用此方法作为凋亡诊断指标［5］。本研究经用此法标记大鼠额叶细胞，观察到实验组大鼠细胞早期凋亡百分率显著高于对照组，说明实验组大鼠出现了神经元凋亡，而鉴于行为学障碍及神经元凋亡是AD特征性的临床和病理变化，故推测脑脊液中高铁与散发性AD存在关联。

【文献】
  ［1］Markesbery W R.Oxibative stress hypothesis in Alzheimer′s disease［J］.Free Radic Biol Med，1997，23：134?147.

［2］杜宇.脑内的铁、转铁蛋白及转铁蛋白受体［J］.生理进展，1999，30(4)：337?340.

［3］Kennard M L，Feldman H，Yamada T，et al.Serum levels of the iron binding protein.P97are elevated in Alzheimer′s disease［J］.Nat Med 1996，2：1 230?1 235.

［4］Boersma A W M，Nooter K，Qostrum R G，et al.Quantification of apoptotic cells with fluorescence isothiocyanate?labeled Annexin?V in Chinese hamster ovary cell culture treated with cisplatin［J］.Cytometry 1996，24：123.