胰島素對缺氧大鼠認(rèn)知損傷的保護(hù)作用研究

王 飛,索朗多布杰,吳承澤,李馨冉,索朗德吉,龔嘎藍(lán)孜*

(1.西藏大學(xué)醫(yī)學(xué)院,西藏 拉薩850000;2.西藏自治區(qū)殘疾人康復(fù)服務(wù)中心,西藏 拉薩850000;3.拉薩市人民醫(yī)院 心內(nèi)科,西藏 拉薩850000)

長期暴露于高原環(huán)境中,無論世代居住在高原地區(qū)還是由平原地區(qū)進(jìn)入高原地區(qū)的人群,均會由于高原低氧環(huán)境導(dǎo)致機體多器官損傷,其中大腦的損傷尤其凸顯[1]。腦是機體器官中耗氧量最大的器官之一,在不同程度缺氧影響下,會導(dǎo)致大腦出現(xiàn)輕重不等損傷,嚴(yán)重時會危及生命[2]。認(rèn)知功能損傷是大腦缺氧損傷后的主要表現(xiàn)之一[3]。研究報道,部分高原習(xí)服及適應(yīng)不全人群存在輕度認(rèn)知障礙,主要表現(xiàn)在視聽覺、感知覺、學(xué)習(xí)記憶能力、注意力、語言能力、推理能力、抽象概括以及復(fù)雜計算等方面的損傷[4-6]。然而,目前還沒有較滿意的防治高原低氧導(dǎo)致的認(rèn)知損傷的藥物[7],因此,亟需尋找新的安全有效的防治藥物。

有研究顯示,增加腦內(nèi)胰島素濃度可改善動物以及人類的海馬依賴性學(xué)習(xí)記憶功能[8-9]。胰島素可能通過作用于中樞胰島素受體來減少下丘腦-垂體-腎上腺軸釋放皮質(zhì)醇,從而改善認(rèn)知功能障礙[10]。然而,目前還未有胰島素應(yīng)用于高原缺氧所致的認(rèn)知損傷的保護(hù)作用研究。因此,本項目擬采用大鼠移居高原模型研究胰島素對高海拔低氧環(huán)境認(rèn)知損傷的防治作用和機制,為缺氧所致認(rèn)知功能損傷相關(guān)疾病提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗儀器及材料

Morris水迷宮(BW-MWM101 上海軟隆科技發(fā)展有限公司),正置顯微鏡(OLYMPUS 日本奧林巴斯公司),石蠟切片機(LEICA RM2235 德國萊卡公司),4℃冰箱(海爾電器公司),多聚甲醛(成都市科龍化工試劑廠),苦味酸。

1.2 實驗方法

從成都(海拔500米)達(dá)碩實驗動物有限公司購買20只8周齡Wistar大鼠,空運至拉薩(海拔3700米)。隨機分為4組:吸氧組(O組,n=5)、高原缺氧組(H組,n=5)、生理鹽水組(N組,n=5)和胰島素組(I組,n=5)。到達(dá)高原后前3日,吸氧組按2 L/h 持續(xù)給氧3日,生理鹽水組大鼠在達(dá)到高原后注射生理鹽水3次/日,持續(xù)3日,胰島素組大鼠在到達(dá)高原后注射生理鹽水+胰島素1.2U/日,3次/日,持續(xù)給藥3日。到達(dá)高原第4日,對4組大鼠進(jìn)行Morris水迷宮測試,并觀察大鼠大腦HE染色結(jié)果。

1.3 統(tǒng)計學(xué)分析

吸氧組,高原缺氧組、生理鹽水組和胰島素組大鼠之間穿越平臺次數(shù)、目標(biāo)象限所占時間百分比、站立次數(shù)和總路程的比較用單因素方差分析,P<0.05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 大鼠體重和胰島重量比較

吸氧組,高原缺氧組、生理鹽水組和胰島素組大鼠之間體重和胰島重量無統(tǒng)計學(xué)差異(P>0.05),見表1。

表1 吸氧組、高原缺氧組、生理鹽水組和胰島素組大鼠之間體重和胰島重量比較

2.2 Morris水迷宮觀察4組大鼠認(rèn)知功能

與吸氧組相比,高原缺氧組、生理鹽水組和胰島素組大鼠,穿越平臺次數(shù)、目標(biāo)象限所占時間百分比、站立次數(shù)和總路程均顯著減少(P<0.05)。與高原缺氧組和生理鹽水組相比,胰島素組大鼠,穿越平臺次數(shù)、目標(biāo)象限所占時間百分比、站立次數(shù)和總路程均顯著增加(P<0.05)。見圖1和圖2。

圖1 4組大鼠穿越平臺次數(shù)和目標(biāo)象限所占時間百分比比較

圖2 4組大鼠站立次數(shù)和總路程比較

2.3 4組大鼠大腦HE染色比較

與吸氧組相比,高原缺氧組大鼠和生理鹽水組大鼠大腦組織提示有缺氧改變:腦組織有空泡樣改變及壞死灶,壞死灶神經(jīng)元可見胞體變形、胞核固縮、溶解或消失。給與胰島素后,胰島素組大鼠大腦缺氧改變明顯減輕,見圖3。

圖3 4組大鼠大腦HE染色結(jié)果比較

3 討論

人體大腦對缺氧尤為敏感,暴露于高原環(huán)境中,大腦會發(fā)生一系列代償反應(yīng)來適應(yīng)缺氧環(huán)境,而當(dāng)大腦失代償或代償過度后,腦功能就會出現(xiàn)損傷表現(xiàn),如感覺、記憶、注意和思維等認(rèn)知功能的損傷,嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo)致神經(jīng)元損傷、且不可逆性死亡[3-6]。目前治療高原低氧導(dǎo)致的認(rèn)知損傷西藥副作用大,而中藥和藏藥的作用還沒有得到統(tǒng)一認(rèn)識[7]。

胰島素是由51種氨基酸組成的肽類激素,調(diào)控體內(nèi)蛋白質(zhì)、糖、脂肪三大營養(yǎng)物質(zhì)的代謝,而其降糖作用對保持內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)起到尤為重要的作用[8-9]。研究發(fā)現(xiàn),胰島素可對受損的神經(jīng)系統(tǒng)起到保護(hù)作用和促進(jìn)再生作用[10]。劉濤等[11]研究顯示當(dāng)腦內(nèi)胰島素水平異?；蚱涫荏w活性下降時會對學(xué)習(xí)、記憶與情緒造成影響。因此,本研究觀察了移居高原大鼠在缺氧、吸氧、注射生理鹽水和胰島素后的Morris水迷宮測試,發(fā)現(xiàn)與吸氧組相比,高原缺氧組、生理鹽水組和胰島素組大鼠,穿越平臺次數(shù)、目標(biāo)象限所占時間百分比、站立次數(shù)和總路程均顯著減少,說明高原低氧環(huán)境會損傷大鼠學(xué)習(xí)記憶能力。而給與胰島素后,大鼠穿越平臺次數(shù)、目標(biāo)象限所占時間百分比、站立次數(shù)和總路程均比高原缺氧組和生理鹽水組顯著增加。大鼠大腦HE染色的比較結(jié)果跟Morris水迷宮實驗結(jié)果一致,兩組不同的實驗結(jié)果均提示胰島素可以減輕缺氧所致大腦認(rèn)知損傷。這與Spinelli等[12]研究發(fā)現(xiàn)腦內(nèi)胰島素抵抗使得海馬體的記憶、空間學(xué)習(xí)等認(rèn)知功能下降一致,也與動物注射外源性胰島素可改善實驗小鼠記憶[13-14]一致。隨著腦內(nèi)胰島素對“突觸可塑性”作用的發(fā)現(xiàn),胰島素對中樞神經(jīng)退行性疾病引起的認(rèn)知功能損傷的防治作用漸漸受到廣泛關(guān)注[12]。有研究發(fā)現(xiàn),在阿爾茲海默(AD)患者中發(fā)現(xiàn)了腦內(nèi)胰島素及其受體表達(dá)較正常下降較為顯著[15]。李棟等[16]研究發(fā)現(xiàn)AD患者大腦病理的改變,與腦內(nèi)胰島素信號通路障礙有關(guān)聯(lián),這種信號異常變化可能是導(dǎo)致神經(jīng)退行性病變的重要機制。張益銘等[17]研究顯示胰島素對AD患者的認(rèn)知功能有促進(jìn)恢復(fù)的效果,并且神經(jīng)元的能量代謝與認(rèn)知功能可能有關(guān)。

綜上所述,胰島素對于維持機體正常認(rèn)知能力具有重要作用,胰島素可能對認(rèn)知功能損傷會起到保護(hù)作用。增強腦內(nèi)胰島素水平將會對神經(jīng)退行性疾病與認(rèn)知功能障礙等疾病提供新的研究方向和治療手段。