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

姜婧,高凱,周源,韓向博,樸贊勛,李志剛

·動物實驗·

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

姜婧1,高凱2,周源1,韓向博1,樸贊勛1,李志剛1

(1.北京中醫藥大學針灸推拿學院,北京 100029;2.中國醫學科學院醫學實驗動物研究所,北京 100021)

目的利用18氟-脫氧葡萄糖 micro-PET(18F-FDG micro-PET)影像學技術觀察正常組小鼠,模型組和電針組老年癡呆模型SAMP8小鼠(快速老化小鼠)大腦海馬區的葡萄糖代謝情況。方法隨機挑選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揮神經保護作用。

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、執行功能障礙以及人格和行為改變為主要臨床表現的中樞神經退行性疾病,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重的經濟負擔。電針療法在我國傳統針刺療法的基礎上結合相應電流的輸出,具有良好的神經調節作用,目前已被廣泛應用于臨床老年癡呆的治療中。

本實驗采用microPET影像學技術,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(regions of interest,ROI)18F-FDG的攝取和每克腦組織的攝取率,進而評價電針療法對AD動物模型SAMP8小鼠腦葡萄糖代謝的影響,進一步探討電針療法的神經保護作用機制,客觀評價其療效,為AD的早期防治和開發治療AD的中醫療法提供檢測指標和科學實驗依據。

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。以上均由天津中醫學院第一附屬醫院實驗動物中心提供[合格證編號SCXK(津)2008-0001]。實驗動物均飼養于北京中醫藥大學東直門醫院中藥藥理學實驗室屏障環境動物室［SYXK(京)2004-2009］。實驗前適應性喂養1星期,溫度為(23±1)℃,12 h光照,濕度為45%,自由進食,單籠飼養,排除飲食及環境等所有可能對實驗動物產生的影響。

1.1.2 動物分組

選取SAMP8快速老化鼠20只,隨機分為模型組、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、印堂穴向上平刺進針(不可對向進針,防止短路),進針深度為0.5 cm,膠帶固定,針柄連接HANS-LH202型電針儀(北京大學神經科學研究所監制,北京華衛產業開發公司生產),選疏波,電針頻率為2 Hz,電壓為2 V,電流強度0.6 mA,針刺強度以小鼠頭部微顫為宜。每次20 min,每天1次,共15 d。

1.3 小型正電子發射斷層掃描技術(Micro-PET)檢測

從每組動物中隨機選取4只進行Micro-PET檢測(PET示蹤劑18F-FDG由中國醫學科學院PET室提供;PET成像系統采用德國西門子INVEON PET/CT影像系統)。實驗前,對12只小鼠(6月齡,28～32 g)進行血糖監測,結果顯示全部在正常范圍內(7.0～10.1 mmol/L)。實驗前6 h禁食禁水。將小鼠放入吸氣室內,通過吸入混有1.5%異氟烷的純氧實施麻醉。麻醉完全后,經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在小鼠體內攝取1 h后進行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。在此過程中,通過面罩持續吸入混有1.5%的異氟烷純氧(1 L/min)維持小鼠麻醉狀態。

1.4 Micro-PET影像重建

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

1.5 ROI的選取

利用三維興趣區(3DROI)技術,在橫斷面、冠狀面和矢狀面,手動選取海馬區的3DROI,統計出ROI內平均每克組織的攝取率。

2 結果

2.1 18F- FDG 每克大腦海馬組織的攝取率

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

表1 18F- FDG 大腦海馬區每克組織的攝取率的比較 (% ID/g)

表2 每組海馬區每克組織攝取率均值比較 (%ID/g)

圖1 每組海馬區每克組織攝取率均值比較(%ID/g)

2.2 各組小鼠大腦海馬區PET影像

圖像使用相同色標,色標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為動物的右側。各組小鼠大腦海馬區的PET顯示,經電針治療后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橫斷面PET掃描圖像

3 討論

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

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?！夺樉拇蟪伞穂4]:“百會主心煩悶,驚悸健忘,忘前失后,心神恍惚。”以及“百會、水溝治喜笑?！庇√梦挥趦擅颊?屬于經外奇穴,功能鎮驚醒神。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現針對AD治療的特效藥,然而,中醫學中的針灸療法在AD的治療中發揮顯著的優勢[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。它的優點是在針刺腧穴的基礎上,加以脈沖電的治療作用,可以長時間定量刺激[6]。目前,電針療法已經廣泛運用于AD的治療中,并取得滿意療效[7-11]。

正電子發射斷層掃描(Positron Emission Tomography,PET)是一種無創功能性腦成像技術,它利用放射性標記物[12-13]來分析大腦中物質的代謝狀況,從而直接反映神經元的活動,是活體可視化研究腦部疾病的重要工具。隨著小動物在現代分子生物學研究中日趨重要,高分辨率微型正電子發射斷層顯像技術(Micro Positron Emission Tomography,Micro-PET)出現,使在活體上的分子顯像的研究成為可能。Micro-PET是當今全球醫藥領域及生物工程方面的領先技術,通過對小型嚙齒動物(小鼠)進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分布情況的各種數據,并且可以動態地獲得動力學資料,對針刺和藥理過程進行快速顯像,具有很高的靈敏度,是一種相對無創傷性方法,其低示蹤量的顯像劑也不會產生明顯的藥理毒副反應。研究表明,Micro-PET[14]檢查在小鼠腦形態學改變之前就可發現腦代謝的變化情況,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、治療效果以及預后做出判斷。同時,將為活體研究針刺效應的機理提供可視性信息,更有助于深入探討針灸治療AD的效用機制。

本實驗通過Micro-PET影像顯示出小鼠腦內海馬區18F-FDG的攝取情況,由此可反映出小鼠腦內海馬區葡萄糖的代謝水平。就圖像來看,電針組小鼠腦內海馬區的18F-FDG均高于正常組與模型組,因而提示電針組小鼠腦內海馬區葡萄糖代謝水平較高。進一步計算和比較小鼠腦內海馬區18F-FDG的每克組織攝取率的平均值,發現電針組最高,正常組居中,癡呆模型組最低。上述結果顯示,電針組小鼠海馬區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小鼠腦內海馬區的葡萄糖攝取率,改善腦內能量代謝水平。因此,電針療法治療AD的作用機制可能是通過影響腦內海馬區葡萄糖代謝,從而發揮神經保護作用的。

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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

國家自然科學基金項目(81273825)

姜婧(1986 - ),女,2013級博士生

李志剛(1965 - ),教授,博士生導師,主要研究方向為針刺干預中樞神經系統損傷的臨床和機理研究