運用微型正電子發(fā)射掃描技術(shù)觀察電針對SAMP8老年癡呆小鼠大腦海馬區(qū)葡萄糖代謝的影響

姜婧,高凱,周源,韓向博,樸贊勛,李志剛

·動物實驗·

運用微型正電子發(fā)射掃描技術(shù)觀察電針對SAMP8老年癡呆小鼠大腦海馬區(qū)葡萄糖代謝的影響

姜婧1,高凱2,周源1,韓向博1,樸贊勛1,李志剛1

(1.北京中醫(yī)藥大學(xué)針灸推拿學(xué)院,北京 100029;2.中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院醫(yī)學(xué)實驗動物研究所,北京 100021)

目的利用18氟-脫氧葡萄糖 micro-PET(18F-FDG micro-PET)影像學(xué)技術(shù)觀察正常組小鼠,模型組和電針組老年癡呆模型SAMP8小鼠(快速老化小鼠)大腦海馬區(qū)的葡萄糖代謝情況。方法隨機(jī)挑選6月齡正常組SAMR1小鼠4只,癡呆模型組和電針組SAMP8小鼠各4只,通過2%異氟烷吸入麻醉后,從尾靜脈彈丸式注射放射性示蹤劑18F-FDG,每例約14.8～16.5MBq,攝取1 h后進(jìn)行10 min micro-PET圖像采集。計算并比較各組小鼠每克腦的海馬組織18F-FDG的攝取率。結(jié)果電針組小鼠每克腦組織18F-FDG的攝取率高于正常組和模型組。結(jié)論 電針能明顯提高SAMP8小鼠腦18F-FDG的攝取及每克腦組織的攝取率,并可能通過影響腦葡萄糖代謝而發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用。

18氟-脫氧葡萄糖;海馬葡萄糖代謝;電針;SAMP8小鼠;阿爾茨海默病

阿爾茲海默病(Alzheimer’s disease,AD)又稱老年癡呆,是一種以記憶障礙、失語、失用、失認(rèn)、執(zhí)行功能障礙以及人格和行為改變?yōu)橹饕R床表現(xiàn)的中樞神經(jīng)退行性疾病,屬于最常見的癡呆類型[1],占所有癡呆的60%～80%[2],對社會與家庭造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。電針療法在我國傳統(tǒng)針刺療法的基礎(chǔ)上結(jié)合相應(yīng)電流的輸出,具有良好的神經(jīng)調(diào)節(jié)作用,目前已被廣泛應(yīng)用于臨床老年癡呆的治療中。

本實驗采用microPET影像學(xué)技術(shù),觀察模型組和電針組SAMP8小鼠以及同月齡同背景的正常組SAMR1小鼠腦葡萄糖代謝狀況,定量分析和比較各組小鼠大腦海馬區(qū)(regions of interest,ROI)18F-FDG的攝取和每克腦組織的攝取率,進(jìn)而評價電針療法對AD動物模型SAMP8小鼠腦葡萄糖代謝的影響,進(jìn)一步探討電針療法的神經(jīng)保護(hù)作用機(jī)制,客觀評價其療效,為AD的早期防治和開發(fā)治療AD的中醫(yī)療法提供檢測指標(biāo)和科學(xué)實驗依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 動物與分組

1.1.1 實驗動物

選取雄性6月齡健康SAMP8小鼠和其同源正常老化SAMR1小鼠,體重(30±2)g,清潔級,共30只。以上均由天津中醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院實驗動物中心提供[合格證編號SCXK(津)2008-0001]。實驗動物均飼養(yǎng)于北京中醫(yī)藥大學(xué)東直門醫(yī)院中藥藥理學(xué)實驗室屏障環(huán)境動物室［SYXK(京)2004-2009］。實驗前適應(yīng)性喂養(yǎng)1星期,溫度為(23±1)℃,12 h光照,濕度為45%,自由進(jìn)食,單籠飼養(yǎng),排除飲食及環(huán)境等所有可能對實驗動物產(chǎn)生的影響。

1.1.2 動物分組

選取SAMP8快速老化鼠20只,隨機(jī)分為模型組、電針組,每組10只。選取SAMR1小鼠10只為正常組。

1.2 實驗方法

1.2.1 穴位選擇

參照全國針灸學(xué)會實驗針灸研究會制定的“實驗動物針灸穴位圖譜”選取百會穴、印堂穴、水溝穴。1.2.2 針刺方法

正常組:相同飼養(yǎng)條件下不做任何處理,但要在電針組治療時抓取一次,以保證處理條件相同,每天1次,共15 d。

模型組:處理同正常組。

電針組:用華佗牌0.30 mm×25 mm毫針進(jìn)行針刺。水溝穴采用點刺方法。百會穴向下、印堂穴向上平刺進(jìn)針(不可對向進(jìn)針,防止短路),進(jìn)針深度為0.5 cm,膠帶固定,針柄連接HANS-LH202型電針儀(北京大學(xué)神經(jīng)科學(xué)研究所監(jiān)制,北京華衛(wèi)產(chǎn)業(yè)開發(fā)公司生產(chǎn)),選疏波,電針頻率為2 Hz,電壓為2 V,電流強(qiáng)度0.6 mA,針刺強(qiáng)度以小鼠頭部微顫為宜。每次20 min,每天1次,共15 d。

1.3 小型正電子發(fā)射斷層掃描技術(shù)(Micro-PET)檢測

從每組動物中隨機(jī)選取4只進(jìn)行Micro-PET檢測(PET示蹤劑18F-FDG由中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院PET室提供;PET成像系統(tǒng)采用德國西門子INVEON PET/CT影像系統(tǒng))。實驗前,對12只小鼠(6月齡,28～32 g)進(jìn)行血糖監(jiān)測,結(jié)果顯示全部在正常范圍內(nèi)(7.0～10.1 mmol/L)。實驗前6 h禁食禁水。將小鼠放入吸氣室內(nèi),通過吸入混有1.5%異氟烷的純氧實施麻醉。麻醉完全后,經(jīng)尾靜脈彈丸式注射大約14.8～16.5 MBq放射性示蹤劑18F-FDG。18F-FDG在小鼠體內(nèi)攝取1 h后進(jìn)行10 min的PET圖像采集。將小鼠俯臥位固定于掃描床,使小鼠頭部長軸和掃描器長軸平行且位于掃描器視野內(nèi)。在此過程中,通過面罩持續(xù)吸入混有1.5%的異氟烷純氧(1 L/min)維持小鼠麻醉狀態(tài)。

1.4 Micro-PET影像重建

通過濾波后投影(FBP)算法和CT光子衰減校正進(jìn)行影像重建。動態(tài)Micro-PET影像的幀取30s/幀。

1.5 ROI的選取

利用三維興趣區(qū)(3DROI)技術(shù),在橫斷面、冠狀面和矢狀面,手動選取海馬區(qū)的3DROI,統(tǒng)計出ROI內(nèi)平均每克組織的攝取率。

2 結(jié)果

2.1 18F- FDG 每克大腦海馬組織的攝取率

結(jié)果顯示經(jīng)電針治療后,大腦海馬區(qū)18F-FDG每克組織攝取率均高于老年癡呆區(qū)(見表1、表2、圖1)。

表1 18F- FDG 大腦海馬區(qū)每克組織的攝取率的比較 (% ID/g)

表2 每組海馬區(qū)每克組織攝取率均值比較 (%ID/g)

圖1 每組海馬區(qū)每克組織攝取率均值比較(%ID/g)

2.2 各組小鼠大腦海馬區(qū)PET影像

圖像使用相同色標(biāo),色標(biāo)從上到下一次顯示高、中、低葡萄糖代謝率的顏色。在圖像觀察者的左側(cè)為動物的右側(cè)。各組小鼠大腦海馬區(qū)的PET顯示,經(jīng)電針治療后18F-FDG的平均活性均高于模型組與正常組(見圖2)。

圖2 癡呆模型小鼠大腦海馬區(qū)橫斷面PET掃描圖像

3 討論

老年癡呆屬于中醫(yī)學(xué)“腦病”范疇,又稱“癡呆”,多因年老精血虧虛,致使“腦神”受損,導(dǎo)致腦功能發(fā)生嚴(yán)重的障礙,以呆傻愚笨、健忘為主要臨床表現(xiàn)的一組神志異常癥候群[3]。在立法上,根據(jù)“腦為元神之府”,“督脈者……上額,交巔,入絡(luò)腦”,基于腦-神及腦-督脈之間的密切聯(lián)系,我們提出“通督啟神”法,本法以“督脈-腦”系統(tǒng)為物質(zhì)基礎(chǔ),“通督”為手段,“啟神”為目的,用于治療各種與“腦神”相關(guān)的精神神志類疾病。

在穴位的選取上,我們以百會、印堂、水溝作為主要穴位。百會又名三陽五會,頭為諸陽之會,該穴為手足三陽、督脈、足厥陰交匯之處,百病皆治,故名百會。《針灸大成》[4]:“百會主心煩悶,驚悸健忘,忘前失后,心神恍惚?！币约啊鞍贂?、水溝治喜笑?！庇√梦挥趦擅颊?屬于經(jīng)外奇穴,功能鎮(zhèn)驚醒神。水溝功能醒神開竅,主治諸多精神疾患。《針灸大成》:“主失笑無時,癲癇語不識尊卑,乍哭乍喜?！比ê嫌?則能共奏“通督啟神”之效,從而達(dá)到治療老年癡呆的作用。

在施針手段上,我們運用電針療法。近年來,臨床與實驗研究尚未發(fā)現(xiàn)針對AD治療的特效藥,然而,中醫(yī)學(xué)中的針灸療法在AD的治療中發(fā)揮顯著的優(yōu)勢[5]。電針療法是將針刺入穴位后,在針具上通以接近人體生物電的微量電流,利用針與電兩種刺激,治療疾病。它的優(yōu)點是在針刺腧穴的基礎(chǔ)上,加以脈沖電的治療作用,可以長時間定量刺激[6]。目前,電針療法已經(jīng)廣泛運用于AD的治療中,并取得滿意療效[7-11]。

正電子發(fā)射斷層掃描(Positron Emission Tomography,PET)是一種無創(chuàng)功能性腦成像技術(shù),它利用放射性標(biāo)記物[12-13]來分析大腦中物質(zhì)的代謝狀況,從而直接反映神經(jīng)元的活動,是活體可視化研究腦部疾病的重要工具。隨著小動物在現(xiàn)代分子生物學(xué)研究中日趨重要,高分辨率微型正電子發(fā)射斷層顯像技術(shù)(Micro Positron Emission Tomography,Micro-PET)出現(xiàn),使在活體上的分子顯像的研究成為可能。Micro-PET是當(dāng)今全球醫(yī)藥領(lǐng)域及生物工程方面的領(lǐng)先技術(shù),通過對小型嚙齒動物(小鼠)進(jìn)行活體狀況下的功能及解剖成像,獲得小鼠身體狀況及藥物在體內(nèi)分布情況的各種數(shù)據(jù),并且可以動態(tài)地獲得動力學(xué)資料,對針刺和藥理過程進(jìn)行快速顯像,具有很高的靈敏度,是一種相對無創(chuàng)傷性方法,其低示蹤量的顯像劑也不會產(chǎn)生明顯的藥理毒副反應(yīng)。研究表明,Micro-PET[14]檢查在小鼠腦形態(tài)學(xué)改變之前就可發(fā)現(xiàn)腦代謝的變化情況,Aβ蛋白[15]PET顯像可以可視化地分析腦內(nèi)SP的分布情況?？梢?活體腦組織Aβ蛋白的檢測可以對AD的診斷、治療效果以及預(yù)后做出判斷。同時,將為活體研究針刺效應(yīng)的機(jī)理提供可視性信息,更有助于深入探討針灸治療AD的效用機(jī)制。

本實驗通過Micro-PET影像顯示出小鼠腦內(nèi)海馬區(qū)18F-FDG的攝取情況,由此可反映出小鼠腦內(nèi)海馬區(qū)葡萄糖的代謝水平。就圖像來看,電針組小鼠腦內(nèi)海馬區(qū)的18F-FDG均高于正常組與模型組,因而提示電針組小鼠腦內(nèi)海馬區(qū)葡萄糖代謝水平較高。進(jìn)一步計算和比較小鼠腦內(nèi)海馬區(qū)18F-FDG的每克組織攝取率的平均值,發(fā)現(xiàn)電針組最高,正常組居中,癡呆模型組最低。上述結(jié)果顯示,電針組小鼠海馬區(qū)葡萄糖代謝水平均高于正常組與模型組。總之,電針療法可明顯提高SAMP8小鼠腦內(nèi)海馬區(qū)的葡萄糖攝取率,改善腦內(nèi)能量代謝水平。因此,電針療法治療AD的作用機(jī)制可能是通過影響腦內(nèi)海馬區(qū)葡萄糖代謝,從而發(fā)揮神經(jīng)保護(hù)作用的。

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Micro-PET Observation of the Effect of Electroacupuncture on Cerebral Hippocampus Glucose Metabolism in SAMP8 Mice with Senile Dementia

JIANG Jing1, GAO Kai2, ZHOU Yuan1, HAN Xiang-bo1, Park Zan-xun1, LI Zhi-gang1. 1.Beijing University of Traditional Chinese Medicine School of Acupuncture and Massotherapy, Beijing 100029,China; 2. China Academy of Medical Science Institute of Medical Experimental Animals, Beijing 100021,China

ObjectiveTo observe cerebral hippocampus glucose metabolism using 18F-FDG micro-PET as an imaging technique in a normal group of mice, and model and electroacupuncture groups of SAMP8 mice with senile dementia (rapid aging mice). Method Four 6-month-old SAMR1 mice were picked at random out of the normal group and every four 6-month-old SAMP8 mice, out of the model and electroacupuncture groups respectively. Each of them was anesthetized by inhalation of 2% isoflurane and then given a bolus injection of radioactive tracer 18F-FDG 14.8～16.5 MBq through the tail vein. After one hour of the uptake, a PET scan was performed for 10 min. Hippocampus 18F-FDG uptake rate per gram of brain was calculated in every group of mice and the uptake rates were compared between the groups. Result The 18F-FDG uptake rate per gram of brain tissue was higher in the electroacupuncture group of mice than in the normal and model groups. Conclusion Electroacupuncture can markedly increase cerebral 18F-FDG uptake and the uptake rate per gram of brain tissue in SAMP8 mice. It may play a neuroprotective role through its influence on cerebral glucose metabolism.

18 fluorodeoxyglucose; Hippocampus glucose metabolism; Electroacupuncture; SAMP8 mice; Alzheimer Disease

R2-03

A

10.13460/j.issn.1005-0957.2015.02.0176

2014-06-30

1005-0957(2015)02-0176-04

國家自然科學(xué)基金項目(81273825)

姜婧(1986 - ),女,2013級博士生

李志剛(1965 - ),教授,博士生導(dǎo)師,主要研究方向為針刺干預(yù)中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷的臨床和機(jī)理研究