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Melamine导致大鼠认知损伤的机制研究和VC与VE联用的可能治疗

作　者: 安磊
导　师: 张涛
学　校: 南开大学
专　业: 生物信息学
关键词: melamine 突触可塑性 空间认知 氧化应激 vitamin 酒精
分类号: R114
类　型: 博士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


Melamine(1,3,5-三嗪-2,4,6-三胺),是一种重要的化工原料,常被用来生产三聚氰胺树脂与甲醛反应,用于生产塑料、粘合剂和面料等。尽管在很长一段时间内,三聚氰胺被准许可参与食品接触产品(如食品包装材料和餐具)的生产过程,但它不是食品添加剂,更没有允许直接添加到食品中。Melamine的毒理学研究起始于1984年。然而,当时melamine的潜在毒性并没有引起公众的关注。大量的实验结果表明,婴儿或动物食用含melamine的食品后会导致严重的损伤,其中肾脏是其作用的主要靶器官。本实验室以前的研究表明,melamine可能损害海马锥体神经元功能和诱导神经细胞凋亡,并在细胞学实验中发现其氧化损伤作用。显然,melamine诱发的肾毒性并不能完全解释其神经毒性效应。另一方面,melamine引发的毒性报道逐渐减少。但仍然未知服用melamine后是否会影响婴幼儿的中枢发育,甚至其毒性是否会影响成年后的认知等。抗氧化剂能够减少氧化应激,并缓解中枢神经系统功能的影响。维生素C和维生素E是两种重要的营养物质。它们能及时分解自由基,抵御异常增加的自由基的攻击,保护细胞正常的内环境稳态。联合使用维生素C和E能缓解阿尔兹海默症、帕金森症、肌萎缩性脊髓侧索硬化症以及共济运动失调等诱发的氧化损伤、焦虑和认知行为缺陷等,提高日常生活质量。基于以上研究背景,本实验主要探讨慢性口服melamine对空间认知和海马突触可塑性的影响。同时,检测海马内自由基和抗氧化酶活性的变化。最后,通过服用抗氧化维生素C和E对melamine引起的氧化损伤进行恢复性治疗,并探讨其可能机制。第一部分Melamine对空间认知和海马突触可塑性的影响目的：探讨melamine对Wistar大鼠的空间认知能力和海马突触可塑性的影响,并进一步揭示其可能的生理机制。材料与方法：大鼠随机分成两组：正常对照组(n=16)和Melamine (n=16)组。采用口服方式给予大鼠melamine悬浊液,每日一次。28天后,进行Morris水迷宫实验检测melamine对大鼠的空间认知能力的影响,包括学习、记忆和再获取能力。记录大鼠海马Schaffer侧枝到CA1区的突触传递可塑性变化,包括LTP和LTD。采用酶标法检测口服：melamine后大鼠海马内melamine含量变化。结果：1、ELISA检测结果显示：大鼠口服melamine28天后,海马内melamine含量异常增加,说明melamine能够通过血脑屏障,并在海马内积累。2、Morris水迷宫实验显示：在学习和再获取学习阶段,melamine损伤大鼠逃避潜伏期明显增加；在空间探索阶段,目标象限停留时间比率和穿越目标平台次数也明显减少。说明慢性口服melamine能损伤大鼠空间认知能力,包括学习,参考记忆和再获取能力。3、电生理记录实验结果显示：服用melamine后,LTP实验记录的场电位斜率明显低于正常组；而LTD实验记录的场电位斜率明显高于正常组。实验结果表明长期口服melamine会导致大鼠海马突触可塑性的损伤。结论：melamine能够通过血脑屏障进入大脑,并在海马脑区积累。Melamine导致海马长时程突触可塑性损伤,最终导致认知能力,特别是认知弹性损伤。第二部分Melamine导致大鼠空间认知损伤与诱发海马氧化应激相关目的：为证实melamine导致空间认知损伤是否与破坏海马内氧化与抗氧化稳态相关。方法：大鼠分为正常对照组(n=8)和Melamine (n=8)组。采用口服方式给予大鼠melamine悬浊液,每日一次。28天之后,进行Morris水迷宫实验检测了melamine对空间认知能力的影响以及海马内自由基、MDA、SOD和ATP水平。结果：1、慢性口服]melamine4周中,大鼠体重增加量明显减少。同时,海马内melamine浓度异常增加。2、水迷宫实验结果表示：在学习阶段,melamine损伤大鼠逃避潜伏期明显延长,在空间记忆阶段,其目标象限停留百分比和目标平台穿越次数均明显减少。3、组织学HE染色结果表明：melamine导致海马神经元染色明显加深,细胞核固缩,细胞松散,细胞质减少,出现大量坏死现象。4、生化检测试验表明：慢性口服melamine会增加海马内自由基、MDA和ATP含量,同时降低抗氧化酶活性,如SOD和GSH-Px。结论：Melamine在海马的神经毒性与氧化应激有关。第三部分VC与VE联合对melamine导致的PC12细胞氧化应激的恢复作用目的：探讨单独使用VC、VE或联合使用vitamin对melamine在PC12细胞引起的氧化应激的恢复作用。方法：利用PC12细胞建立离体melamine损伤模型。MTT法检测细胞存活率。流式细胞计数法检测PC12细胞凋亡和胞内自由基数目。通过Hoechst33342染色观察细胞凋亡形态学变化。生化检测抗氧化酶系统在恢复前后的改变。结果：1、Melamine损伤后,单独使用VC、VE或联合使用vitamin均能一定程度上恢复细胞存活率,但联合使用维生素更具有优势。2、联合维生素能有效地减少自由基的异常积累,降低MDA水平,帮恢复抗氧化酶活性,如SOD, CAT和GSH-Px。3、Hoechst33342染色和流式细胞计数法结果显示：melamine能明显诱发细胞凋亡,并且联合vitamin能有效减少凋亡细胞数目。4、联合使用vitamin通过抑制caspase-3活性抑制细胞凋亡的发生。结论：联合VC和VE能有效降低melamine诱发的氧化损伤,并抑制细胞凋亡。第四部分VC与VE联用对melamine诱发的认知损伤的保护作用及机制研究目的：探讨联合使用VC和VE对melamine损伤大鼠认知功能的恢复作用及其机制,包括氧化损伤和海马突触可塑性。材料与方法：三周雄性大鼠随机分成四组：正常对照组(n=16),melamine(n=16), melamine+vitamin组(n=16)和vitamin组(n=16)。采用口服方式给予melamine悬浊液,每日一次,建立melamine损伤动物模型。随后,给予一周联合维生素C和E,腹腔注射每日一次。Morris水迷宫实验检测了大鼠空间认知能力变化。组织学HE染色观察海马锥体神经元形态变化。记录大鼠海马Schaffer侧枝到CA1区的突触可塑性变化,包括LTP和LTD。采用酶标法检测大鼠海马内自由基、MDA、NO和抗氧化剂和凋亡相关酶活性的变化等。结果：1、联合使用VC和VE能恢复大鼠空间认知损伤,包括能有效的改善学习和参考记忆能力,并一定程度上缓解再学习能力。2、组织学观察发现：联合vitamin能有效减少melamine导致的细胞坏死等损伤。3、电生理实验结果显示：melamine会导致大鼠海马突触长时程可塑性的损伤。联合使用viatamin能缓解海马突触可塑性损伤,包括LTP和LTD。4、Melamine损伤大鼠注射VC和VE后,海马中自由基、MDA和NO含量恢复到正常水平。SOD、CAT、GSH-Px和NOS的活性也明显提高。神经元凋亡相关蛋白Bcl-2和caspase-3的活性也明显提高。结论：联合VC和VE通过干预氧化损伤过程,降低melamine诱发的神经毒性,为治愈melamine导致的认知损伤提供了新的可能依据。第五部分慢性孕期酒精导致大鼠性别二态性的空间认知和突触可塑性平衡损伤目的：探讨孕期酒精性别二态性的认知行为变化,应用突触可塑性平衡探讨空间认知损伤的机制。材料与方法：母鼠在妊娠期口服酒精并选取其雌雄后代进行实验。出生后36天后代大鼠进行MWM实验来检测其空间认知功能变化,记录其海马Schaffer侧枝到CA1区的突触可塑性变化。用方向指数衡量雌雄大鼠突触可塑性平衡的差异,进一步揭示其性别二态性。结果：1、CPEE使后代大鼠体重增加明显减少,同时导致头小畸形和海马重量减轻。2、Morris水迷宫实验显示：CPEE后代大鼠的逃避潜伏期明显增加,并且其趋壁性明显增多。在探索阶段,CPEE后代大鼠在目标象限停留时间百分比和目标平台穿越次数均明显减少。此外,雌性后代比雄性后代认知损伤更严重。3、电生理实验结果显示：CPEE导致雄性后代LTP明显降低而去增益明显增强；而雌性LTP明显增强而去增益明显减弱。此外,雌性后代的损伤程度更严重。4、方向指数进一步揭示较雄性大鼠,雌性后代突触可塑性平衡损伤更为严重。结论：CPEE导致认知和可塑性平衡性别二态性,并且突触可塑性平衡为CPEE引起的中枢功能紊乱提供了新的解释。

全文目录


摘要  5-9
Abstract  9-20
主要缩略语表  20-22
前言  22-26
第一部分 Melamine对大鼠空间认知能力的影响及机制研究  26-50
  第一章 前言  26-31
    第一节 Melamine概述及其应用  26-27
    第二节 Melamine的研究现状  27-29
    第三节 突触可塑性与学习记忆  29-31
  第二章 材料与方法  31-36
    第一节 实验材料  31-32
    第二节 实验方法  32-35
    第三节 实验数据处理与分析  35-36
  第三章 实验结果  36-46
    第一节 Melamine在海马中含量的检测  36
    第二节 水迷宫实验  36-42
    第三节 电生理实验  42-46
  第四章 讨论  46-49
  小结  49-50
第二部分 Melamine导致大鼠海马神经元氧化损伤及其机制的研究  50-70
  第一章 前言  50-53
    第一节 活性氧自由基  51
    第二节 氧化应激与细胞凋亡  51-53
  第二章 材料与方法  53-58
    第一节 实验材料  53-54
    第二节 实验方法  54-57
    第三节 实验数据处理与分析  57-58
  第三章 实验结果  58-67
    第一节 Melamine对体重,脑和海马重量的影响  58
    第二节 水迷宫实验  58-61
    第三节 海马CA1锥体神经元形态学观察  61-62
    第四节 海马组织内氧化损伤相关指标的检测  62-67
  第四章 讨论  67-69
  小结  69-70
第三部分 VC与VE联用对melamine引起的PC12细胞氧化损伤的保护作用及其机制研究  70-98
  第一章 前言  70-74
    第一节 维生素C生理功能概述  71-72
    第二节 维生素E生理功能概述  72
    第三节 维生素C和维生素E联合抗氧化作用概述  72-73
    第四节 PC12细胞概述  73-74
  第二章 材料与方法  74-81
    第一节 实验试剂  74-75
    第二节 实验方法  75-80
    第三节 数据处理  80-81
  第三章 实验结果  81-94
    第一节 维生素提高melamine损伤后细胞存活率  81-85
    第二节 Hoechst 33342染色观察细胞凋亡的形态学变化  85
    第三节 维生素对melamine诱发的细胞凋亡的影响  85-87
    第四节 联合维生素对melamine诱发的细胞内ROS水平的影响  87-89
    第五节 联合维生素对melamine诱导的氧化损伤相关生化指标的影响  89-94
  第四章 讨论  94-96
  小结  96-98
第四部分 VC与VE联用对melamine诱发的认知损伤的保护作用及机制研究  98-129
  第一章 前言  98-100
    第一节 维生素C和维生素E与认知功能  98-99
    第二节 维生素C和维生素E的日常摄入量  99-100
  第二章 材料与方法  100-104
    第一节 实验材料  100-102
    第二节 实验方法  102-103
    第三节 数据分析与处理  103-104
  第三章 实验结果  104-124
    第一节 Melamine对体重,大脑和海马重量的影响  104-107
    第二节 水迷宫实验  107-110
    第三节 海马CA1锥体神经元形态学观察  110-111
    第四节 电生理实验  111-115
    第五节 海马组织内氧化损伤相关指标的检测  115-124
  第四章 讨论  124-128
  小结  128-129
第五部分 慢性孕期酒精暴露后代大鼠的突触可塑性平衡研究  129-157
  第一章 前言  129-132
    第一节 突触可塑性平衡的概述  130-131
    第二节 突触可塑性平衡与学习记忆  131-132
  第二章 材料与方法  132-138
    第一节 实验材料  132-133
    第二节 实验方法  133-137
    第三节 数据分析与处理  137-138
  第三章 实验结果  138-152
    第一节 大鼠出生后与发育相关的指标  138-140
    第二节 CPEE对青年大鼠空间认知的影响  140-147
    第三节 电生理实验  147-152
  第四章 讨论  152-155
  小结  155-157
结语和展望  157-160
  第一节 主要结论  157-158
  第二节 主要创新点  158
  第三节 研究前景展望  158-160
参考文献  160-175
致谢  175-176
个人简历  176-177
在学期间发表论文  177-178

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中图分类: > 医药、卫生 > 预防医学、卫生学 > 卫生基础科学 > 卫生毒理
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