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改良6-OHDA注射法建立早期帕金森病大鼠模型

来源:欧得旅游网
第42卷第3期 2017年3月 韩JOURNAL OF GUIZHOU MEDICAL UNI禹 VERSITY 文 贵J,i1医科大学学报 Vo1.42 NO.3 2017.3 飞峰 2 , 2 李 改良6-OHDA注射法建立早期帕金森病大鼠模型 ;I: 成 朋 2 ,魏 操 ,杨 梅 ,周 波 ,张春林。,焦 玲4,官志忠 , , 550004;2.贵州医科大学地方病与少数民族性疾病教育部重点实验室,贵州贵阳 550004;4.贵州医科大学附院神经内科,贵州贵阳550004;5.贵州医科大学 (1.贵州医科大学分子生物学重点实验室,贵州贵阳550004;3.贵州医科大学生物教研室,贵州贵阳病理学教研室,贵州贵阳550004) [摘 要]目的:改良6.羟基多巴胺(6-OHDA)立体定位注射法建立早期帕金森病(PD)大鼠模型。方法:40 只雄性sD大鼠随机分为control组10只,model组30只;于手术前30 min,腹腔注射地昔帕明(25 ms/kg)及帕吉 林(5 ms/kg),control组采用立体定位右侧纹状体注射生理盐水,model组注射6-OHDA;术后第3、4周采用圆筒 测试及旋转测试测定大鼠的左前肢使用率和旋转速度,免疫组化方法检测黑质内酪氨酸羟化酶(TH)阳性神经 元数量。结果:圆筒测试显示madel组大鼠左前肢使用率低于control组(P<0.O1),旋转测试显示model组平均 向左侧旋转速度(3.48圈/min),明显快于对照组(P《0.01),PD模型成功率为89:66%;免疫组化显示,model 组右侧中脑黑质致密部(SNc)部位TH阳性神经元数目较control组右侧减少(44.81±2.89)%,差异有统计学 意义(P<0.01),符合临床早期PD诊断标准。结论:改良的6-OHDA注射法建立早期PD大鼠模型简单易行,成 功率高。 [关键词]6.羟基多巴胺;帕金森病;大鼠;多巴胺神经元;酪氨酸羟化酶 [中图分类号]R741.02 [文献标识码]A [文章编号]1000-2707(2017)03-0258-05 DOI:10.19367/j.cnki.1000-2707.2017.03.003 The Establishment 0f Rat Model of Early Stage Parkinson’S Disease by Improved Method with 6-OHDA Injection HAN Fei ,LI Chengpeng ,WEI Cao ,Yang Mei ,ZHOU Bo ,ZHANG Chunlin , JIAO Ling4.GUAN Zhizhong ’,YU Wenfeng ( .The Key Laboratory ofMolecular Biology,Guizhou Medical University,Guiyang 550004,Guizhou,China;2.The Education Ministry ey KabLoratory ofEndemic Diseases and Diseases fEtohenic Minority,Guizhou Medical University,Guiyang 550004, Guizou,Chihna;3.Department fBioology,Guizhou Medical University,Guiyang 550004,Guizhou,China;4.Department fNeourology of=Afilfiated Hospital,Guizhou Medical University,Guiyang 550004,Guizhou,China;5.Department f oPathology,GuizhouMedical University,Guiyang550004,Guizhou,China) [Abstract]Objective:To establish rat model of early stage of Parkinson,s disease(PD)with im— proved method of stereotactic injection of 6一OHDA.Methods:Forty male SD rats were randomly di- vided into control group(group C,10 rats)and model group(group PD,30 rats).Desipramine(25 mg/kg)and pargyline(5 mg/kg)were injected intraperitoneally 30 minutes before surgery,followed by stereotactic injection of saline(control group)or 6一OHDA(model group)in striatum.Cylinder test and rotation experiments were adopted to evaluate the behavior in 3 and 4 weeks after surgery.Immu- [基金项目]国家自然科学基金(81360199);教育部科学技术研究项目(213032A);贵州省国际科技合作计划项目[批准号:黔科合外G字(2013)7026号]; 贵州省创新计划项目[黔教合协同创新中心(2014)06];贵州省教育厅项目(2015年贵州省普通高等学校地方病和少数民族疾病防控创新团队);贵州省科技 计划课题任务书[黔科合重大专项字(2014)6008] 一通信作者E-mail:wenfengyu2013@136.corn 网络出版时间:2017—3—18网络出版地址:http://kns.cnki.net/kcms/detail/52.1164.R.20170318.2320.019.html 258 3期 韩飞等改良6-OHDA注射法建立早期帕金森病大鼠模型 nohistochemical staining was adopted to analyze the positive cells of tyrosine hydroxylase(TH)in sub— stantia nigra compacta(SNc).Results:Cylinder test showed that the utilization rate of the left fore- limb in group PD was lower than that in group C(P<0.01).Rotation experiments showed that the average number of turns in group PD was about 3.48 turns/min while there was no rotation in group C(P<0.01).The Success rate of PD model was 89.66%.Immunohistochemistry showed TH posi— tive neurons in fight SNc of PD model decreased about 44.81%compared with that of group C,which was in accordance with the criteria of early stage of PD.Conclusions:The improved method of 6一OH— DA injection is a simple,feasible and highly successful approach to establish the model of early PD. [Key words]6-Hydroxydopamine;Parkinson’S disease;rats;dopamine neurons;tyrosine hydroxy- lase 帕金森病(parkinson ̄disease,PD)是中老年常 见的神经系统变性疾病,以中脑黑质致密部(sub- stantia nigra compacta,SNc)的多巴胺(dopamine, 酸(L-ascorbic acid)、阿扑吗啡(Apomorphine, APO)均为美国sigma公司生产,DAB、ABC试剂均 为美国Vector公司生产。 1.2方法 DA)能神经元进行性变性、缺失以及纹状体内DA 水平下降、黑质及蓝斑出现路易小体(1ewy body) 为主要病理特征¨-2]。PD临床主要表现为静止性 震颤、运动迟缓、肌僵直、姿势平衡障碍等运动症 状,严重影响了患者及其家属生活质量 J。为了 达到早期诊断、预防和治疗的目的,国内外对PD 1.2.1模型制备与分组大鼠自由摄食及饮水, 适应性饲养1周后,4O只SD大鼠随机分为control 组10只,PD组30只。于造模手术前30 min,腹腔 注射地昔帕明(25 mg/kg)及帕吉林(5 mg/kg),常 规麻醉。将大鼠头部固定于立体定位仪上,切开头 皮及皮下组织,钝性分离颅骨外膜,充分暴露前囟。 以前囟为中心,根据Paxinos和Watson_6 大鼠立体 定位图谱定位(A/P 1.0 mm,L/N 3.0 mm,D/V 5.0 mm),进针(1 mm/min)入右侧纹状体。control 发病机制的研究重点已经从晚期转移到发病早 期 J,但迄今为止,PD病因及发病机制尚不明确, 亦无令人满意的治疗方案。动物模型是PD基础 研究的重要材料,目前主要有6一羟基多巴胺(6一 Hydroxydopamine,6一OHDA)模型、1一甲基4-苯基-1, 2,3,6一四氢吡啶(1一methyl4一phenyl 1,2,3,6-tetra— hydropyridine,MPTP)模型、百草枯模型及鱼藤酮 组注射抗坏血酸溶液4 L(称取2 mg抗坏血酸溶 于10 mL生理盐水),PD组注射6-OHDA溶液 4 L(称取5 mg的6-OHDA溶于1 mL抗坏血酸溶 液)。使用微量进样器以0.4 I ̄L/min匀速注入,注 射完成后留针5 rain再缓慢退针(1 mm/min)。明 模型等,各种建模方法均各有优缺点,但成模率均 不够高 j。因此,本研究在原有PD大鼠模型基础 上,采用辅助药物地昔帕明(desipramine)、帕吉林 (pargyline)对立体定位注射造模方法加以改进,并 通过行为学检测及免疫组织化学评价模型效果,为 胶海绵填充颅骨孔,局部消毒缝合头皮,连续7 D 每天腹腔注射20万单位青霉素以预防感染。con— trol组无死亡,3O只model组大鼠中有1例死亡。 早期PD动物模型建立及其机制研究提供一定的 方法依据。 1.2.2圆筒测试术后第3、4周,采用圆筒测试 方法检测大鼠前肢使用不对称性。将大鼠置于透 明玻璃圆筒中(直径17 cm,高度27 cm),在圆筒后 放置一面镜子以便于观察其背对摄像头时前肢使 用情况。待5 min后大鼠适应圆筒里的环境开始 计时5 rain,记录其每次站立时左、右、双侧前肢分 别接触筒壁的次数 。按公式:(左+0.5 X双 1材料与方法 1.1材料 健康雄性sD大鼠40只,体重250—300 g,贵 州医科大学动物实验中心提供。蓝星脑立体定位 仪(淮北正华生物仪器设备有限公司)、石蜡切片 机(Leica,德国)、正置荧光显微镜(Nikon,Et本), 酪氨酸羟化酶((tyrosine hydroxylase,TH)抗体(博 士德,中国),6-OHDA、地昔帕明、帕吉林、抗坏血 侧)/(左侧+右侧+双侧)×100,计算各组大鼠左 前肢使用率。 1.2.3旋转测试通过腹腔注射APO诱发PD大 鼠的旋转行为。术后第3、4周,将大鼠放置于圆柱 形盒子(直径240 mm,高300 mm)中,以非选择性 259 贵州医科大学学报 42卷 DA受体激动剂APO(0.1%,溶于生理盐水)腹腔 注射(2 mg/kg),诱发大鼠向健侧(左侧)旋转行 为。摄像机连续记录60 min,计算大鼠向左侧旋的 平均速度,以发生旋转作为模型成功标准 j。 4周control组比较,差异有统计学意义(P<0.01)。 见图2。 盈control 圜model /一、 1.2.4免疫组化检测SNc部位TH阳性神经元数 量DA神经元主要集中在SNc部位,TH在DA神 经元胞浆内表达呈棕黄色。术后第4周,随机取 、_/ 旺 control组及model组各10只大鼠,用10%水合氯 醛腹腔注射麻醉后迅速剪开胸腹腔暴露心脏,持留 置针从心尖部插入左心室并剪开右心耳,迅速灌注 生理盐水至肝脏变白,再灌注含4%多聚甲醛的磷 酸缓冲液(PB)250 mL进行固定后取脑,置于上述 相同固定液中再固定24 h,酒精梯度脱水、石蜡包 埋,在中脑黑质区以4 m的厚度连续切片。切片 经脱蜡、1%过氧化氢孵育、漂洗以及微波小火抗原 修复,再以10%山羊血清封闭1 h后滴加TH抗体 (1:200)4℃孵育过夜。按SABC免疫组织化学试 剂盒说明孵育二抗及ABC。切片经DAB显色 1 min后梯度脱水透明后中性树胶封片,并在正置 显微镜下观察并拍照,每只大鼠随机选取5张切 片,每张切片随机选取4个视野,在同一放大倍数 (40×,400×),同一背景光强度下采集图像,采用 Image-Pro Plus 6.0图像分析软件对各组大鼠SNc 部位的TH阳性细胞计数。 1.3统计学分析 采用SPSS 22.0统计软件分析数据,计量资料 以均数±标准差(x± )表示,两组数据比较采用t 检验,P<0.05为差异有统计学意义。 2 结果 2.1左前肢使用率 术后第3周和第4周时,model组左前肢使用 率与control组相比均明显减少,差异有统计学意 义(P<0.01),model组第3周与第4周左前肢使 用率比较,差异无统计学意义(P>0.05),见图1。 2.2平均旋转速度 APO注射3~5 min后大鼠开始出现肢体僵 直,随即出现以健侧后肢(左后肢)为支点的旋转 行为,首尾相接,身体弯曲成环状。术后第3周 model组75.86%(22只)发生旋转,平均旋转速度为 (2.O1±0.23)圈/min,高于control组(P<0.O1)。 术后第4周model组89.66%(26只)发生旋转,发 生旋转平均旋转速度为(3.48±0.40)圈/min,与第 260 嫠 淀 ”’与control组比较,P<0.01; 图1 术后第3、4周大鼠左前肢使用率 Fig.1 The percentages of the left paw utilization in 3 and 4 weeks after surgery 2.3 SNc部位TH阳性神经元 术后第4周,control组大鼠右侧SNc部位TH 呈阳性表达,DA神经元胞核轮廓清晰可见,胞体 附近围绕大量神经纤维束(图3A);model组右侧 SNc部位TH阳性细胞明显减少或缺失,残存的细 胞萎缩且突触减少,提示该区域内的DA能神经元 变性坏死(图3B)。Image—Pro Plus 6.0分析显示, model组右侧SNc部位TH阳性神经元数目较con. trol组右侧减少(44.81±2.89)%,差异有统计学 意义(P<0.01)。见图3。 3讨论 PD为继阿尔茨海默病后第2个常见的神经退 行性疾病,65岁以上的人群发病率为1%~2%[8 3。 PD的研究一直备受关注,而该病病因及机制不清 楚导致PD相关的早期神经保护药物的开发研究 难以突破。动物模型是研究PD发病机制不可或 缺的工具,因此,如何高效制备与PD患者病理相 似的实验动物模型成为关键所在。应用6一OHDA 建立PD大鼠模型具有动物体积较大,造模操作易 控制,动物行为持续时间长等优势,且APO诱发 PD大鼠向健侧旋转的圈数与黑质纹状体通路中 DA能神经元毁损量呈正相关可对模型损伤程度 进行量化评价 』,因此,6.OHDA制备PD大鼠模 型被研究PD发病机制的学者们广泛应用 10]。6一 OHDA是神经递质DA的羟基化衍生物,可以高选 择地引起交感肾上腺素能神经末梢急性溃变。研 究显示,6-OHDA经单胺氧化酶氧化生成的神经毒 性物质能阻滞黑质线粒体呼吸链,导致氧化应激增 3期 韩 飞等改良6.OHDA注射法建立早期帕金森病大鼠模型 此,TH免疫组化染色能够反应黑质DA能神经元 数 。地昔帕明可减少6 OHDA引起的去肾上 强,使DA能神经元选择性缺失 。此外,6.OH— DA注射入纹状体引发的病理变化更接近人类的 PD发病过程,避免了6一OHDA直接注射到黑质所 一。一uJ,匝一蓦『 寺毒 5 4 3 2 ● 0 腺素和单胺氧化酶抑制剂5HT的损耗,帕吉林能 通过减少突触对6-OHDA的分解,加强DA能神经 引起的过度氧化应激 ,因此6-OHDA注射入 纹状体构建PD模型是PD机制研究的首选。TH 是脑内DA能神经元特有的DA合成限速酶,因 目元对6一OHDA的敏感性,两药物连用可以提高6一 OHDA有效性和选择性。。 。 control 口model PD组大鼠旋转行为 …与control组比较,P<0.01 图2 术后第3、4周APO注射后大鼠的旋转行为 Fig.2 The rotation behavior in 3 and 4 weeks after surgery(APO—induced rotations) 一l0o 一一 b 导50 0 Ⅱ 注:I为TH阳性细胞数目柱状图, 与control组比较,P<0.01;11为免疫组化图片,a表示control组右侧 SNc部位(40×),b表示model组右侧SNc部位(40×),A、B为a、b方框位置图片的放大(400×) 图3 两组大鼠SNc部位TH的表达 Fig.3 The expression of TH in substantia nigra eompacta of control and model groups 行为学改变是评判早期PD模型的重要指标。 本次研究中,由于动物个体差异较大,为使行为学 数据更准确,建立了较多模型大鼠。实验中观察到 model组大鼠第3、4周由于右侧大脑纹状体损伤 与Deeressae M等 j报道的6-OHDA注射人纹状体 后旋转速度(约3圈/min)相符合。有研究报道, 早期PD模型成功率低(约为30%),本文的方法 突出之处为模型成功率高,虽6一OHDA剂量相对较 高,可通过降低剂量从而减轻PD病变程度,这必 导致旋转速率减小,但早期PD模型旋转速率约 (1—2)圈/minl19],因此,降低剂量使得更符合早期 PD病变标准 20I。因此,本研究表明,在地昔帕 明、帕吉林药物辅助下,有望通过减少6一OHDA剂 量从而提高早期PD模型成模率。此外,有研究显 26l 导致左前肢使用百分比均明显减少。经APO诱 导,model组在大鼠术后第3周75.86%表现出不 对称的旋转行为(平均旋转速度为2.O1圈/min), 第4周89.66%模型发生不对称旋转行为,且不对 称行为加重(平均旋转速度为3.48圈/min),间接 反应了DA能神经元逐渐减少的进行性病变特征。 贵州医科大学学报 42卷 示,SNc约40%的DA能神经元丢失时,PD动物 的某些运动症状开始逐渐显现,类似于临床早期 PD患者黑质一纹状体通路的部分损伤 。本次 建模方法通过TH免疫组织化学染色显示,model 组右侧SNc部位TH阳性神经元数目较control组 右侧减少(44.81±2.89)%,即DA能神经元减少 约44.81%,较早期PD神经元减少稍多,类似旋转 实验结果,进一步表明在地昔帕明、帕吉林药物辅 助下,通过减少6-OHDA剂量建立早期PD模型, 可使模型成功率大大提高。 综上所述,本研究通过药物地昔帕明、帕吉林 辅助制备的早期PD大鼠模型,经圆筒试验及旋转 试验行为学检测、黑质TH阳性神经元数量旁证了 该法可以有效提高早期PD的模型成功率,为早期 PD动物模型建立及机制研究提供了一定方法依据。 4参考文献 [1]Dauer W,Przedborski S.Parkinsong disease:mechanisms and models.[J].Neuron,2003(6):889—909. 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