二甲雙胍對小鼠衰老過程中學(xué)習(xí)記憶能力的影響

張麗君，張麗霞，王郝瑩，張 瓊，李莉紅，軒瑞晶，王昭君，郭建紅*

(1.山西醫(yī)科大學(xué)病理生理學(xué)教研室，太原 030001； 2.山西醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動物中心，實(shí)驗(yàn)動物與人類疾病動物模型 山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，太原 030001； 3.山西醫(yī)科大學(xué)生理學(xué)系, 細(xì)胞生理學(xué)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，太原 030001)

二甲雙胍對小鼠衰老過程中學(xué)習(xí)記憶能力的影響

張麗君1，張麗霞1，王郝瑩1，張 瓊1，李莉紅2，軒瑞晶2，王昭君3，郭建紅1*

(1.山西醫(yī)科大學(xué)病理生理學(xué)教研室，太原 030001； 2.山西醫(yī)科大學(xué)實(shí)驗(yàn)動物中心，實(shí)驗(yàn)動物與人類疾病動物模型 山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，太原 030001； 3.山西醫(yī)科大學(xué)生理學(xué)系, 細(xì)胞生理學(xué)省部共建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，太原 030001)

研究報告

目的探究D-半乳糖誘導(dǎo)小鼠衰老過程中補(bǔ)充二甲雙胍對小鼠學(xué)習(xí)記憶能力的影響及可能機(jī)制。方法將24只雌性ICR小鼠隨機(jī)分為3組:對照組、衰老組、衰老+二甲雙胍組，每組8只，連續(xù)給藥16周。監(jiān)測各組小鼠體重及食物攝取量；行為學(xué)檢測小鼠學(xué)習(xí)記憶能力；HE染色觀察小鼠海馬組織結(jié)構(gòu)；比色法檢測各組小鼠海馬組織中谷胱甘肽(glutathione, GSH)水平。結(jié)果與衰老組相比，衰老+二甲雙胍組小鼠體重降低(P< 0.05)；Morris水迷宮逃避潛伏期、游泳路程明顯減少(P< 0.01或P< 0.05)，目標(biāo)象限內(nèi)游泳時間延長(P< 0.05)，游泳速度加快(P< 0.05)；穿梭實(shí)驗(yàn)中主動回避次數(shù)升高(P< 0.05)；HE染色顯示海馬齒狀回中核皺縮、深染的海馬神經(jīng)元明顯減少；海馬組織GSH水平顯著升高(P< 0.05)。結(jié)論補(bǔ)充二甲雙胍可以明顯延緩小鼠衰老過程中學(xué)習(xí)記憶能力的下降，維持海馬神經(jīng)元正常結(jié)構(gòu)，其機(jī)制可能與降低小鼠體重及增強(qiáng)海馬組織抗氧化水平有關(guān)。

二甲雙胍；衰老；氧化應(yīng)激；海馬神經(jīng)元

二甲雙胍是目前廣泛用于治療二型糖尿病(type 2 diabetes，T2DM)的一線藥物[1]。隨著現(xiàn)代醫(yī)學(xué)科研水平的不斷進(jìn)步，二甲雙胍的治療潛力已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其常規(guī)的作為治療糖尿病的用途。越來越多的文獻(xiàn)報道，補(bǔ)充二甲雙胍可以降低多種疾病(包括癌癥[2]和心血管疾病[3])的發(fā)病率；減輕肝臟脂肪變性[4]；調(diào)節(jié)腸道微生物群促進(jìn)健康[5]；甚至延緩衰老進(jìn)程[6]。然而，二甲雙胍對于小鼠衰老過程中中樞神經(jīng)系統(tǒng)的作用尚未完全闡明[7]。本實(shí)驗(yàn)通過使用D-半乳糖誘導(dǎo)小鼠衰老同時補(bǔ)充二甲雙胍，運(yùn)用行為學(xué)及組織學(xué)等方法檢測小鼠學(xué)習(xí)記憶、運(yùn)動功能、海馬組織結(jié)構(gòu)以及氧化應(yīng)激穩(wěn)態(tài)的變化，用以評估二甲雙胍在腦組織衰老過程的作用機(jī)制。

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動物

SPF級7月齡雌性ICR小鼠24只，體重(50.67±1.66)g，由長沙市天勤生物技術(shù)有限公司提供[SCXK(湘)2014-0011]。所有動物在本實(shí)驗(yàn)室獨(dú)立動物房飼養(yǎng)[SYXK(晉)2015-0001]，室溫(22±2)℃，12 h光照/12 h黑暗循環(huán)，提供充足食物及飲水。按實(shí)驗(yàn)動物使用的3R原則給予人道的關(guān)懷。

1.2 主要試劑及儀器

D-半乳糖(G5388-100G Sigma，美國)；鹽酸二甲雙胍(D9351索萊寶，北京)；生理鹽水(石家莊四藥有限責(zé)任公司)；GSH檢測試劑盒(A006-1，南京建成生物工程研究所)；BCA蛋白定量試劑盒(KGP920，凱基生物)； Morris水迷宮視頻跟蹤系統(tǒng)(Ethovision 3.0，Noldus Information Technology，荷蘭)；小鼠穿梭箱(上海欣軟信息科技有限公司，中國)；高速離心機(jī)(GL-20C，美國)；分光光度計(上海第三分析儀器廠，中國)；酶標(biāo)儀(SpectraMAX 190，USA)等。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 實(shí)驗(yàn)動物分組及處理

24只雌性ICR小鼠適應(yīng)性飼養(yǎng)2周后，按數(shù)字隨機(jī)表法分為正常對照(control，Ctr.)組，D-半乳糖誘導(dǎo)衰老模型(D-gala)組，誘導(dǎo)衰老同時補(bǔ)充二甲雙胍(D+Met)組，每組8只。D+Met組和D-gal組每日頸背部皮下注射D-半乳糖(D-galactose 125 mg/kg·d)誘導(dǎo)衰老，同時給予二甲雙胍(metformin 300 mg/kg·d)或同等劑量0.9%生理鹽水灌胃；Ctr.組給予注射、灌胃等劑量生理鹽水。連續(xù)給藥16周，每天監(jiān)測小鼠食物攝取量，每周稱取小鼠體重。

1.3.2 Morris水迷宮

經(jīng)典Morris水迷宮實(shí)驗(yàn)主要監(jiān)測小鼠長期空間學(xué)習(xí)記憶能力。實(shí)驗(yàn)共分三個階段，第一階段為定位航行階段，為期5 d，從4個不同象限將小鼠面朝水池內(nèi)壁依次放入水池中，記錄其1 min內(nèi)找到水下平臺所用的時間，為逃避潛伏期(escape latency，EL)，同時記錄小鼠游泳路程；第二階段為空間探索，即第6天撤走平臺，隨機(jī)選出2個象限，將小鼠面朝水池內(nèi)壁依次從該象限放入水中，讓其自由探索1 min，記錄小鼠游泳軌跡并計算小鼠在目標(biāo)象限內(nèi)游泳時間占總時間的百分比(time in target quadrant)；第三階段為可視平臺實(shí)驗(yàn)，將平臺抬高至水面1 cm，隨機(jī)選取2個象限，將小鼠依次放入水池中，記錄小鼠找到平臺所用時間及速度。

1.3.3 穿梭箱實(shí)驗(yàn)

水迷宮實(shí)驗(yàn)結(jié)束后對小鼠進(jìn)行為期7 d的穿梭箱實(shí)驗(yàn)，每天1次。具體做法如下：將小鼠放入穿梭箱中，適應(yīng)30 s后給予燈光(光照強(qiáng)度為90級)和蜂鳴音刺激(聲音強(qiáng)度為80級，頻率為500 Hz)，刺激持續(xù)10 s，若此時動物從隔板的圓孔中到達(dá)對側(cè)暗箱則為主動回避反應(yīng)(active avoidance response，AAR)；若未到達(dá)對側(cè)暗箱，繼續(xù)給予0.4 mA電刺激，持續(xù)時間為5 s，若此時動物穿梭至對側(cè)則為被動回避反射(passive avoidance response，PAR)；若給予電刺激后動物仍停留在同側(cè)暗箱中，則為逃避失敗(escape failure，EF)。統(tǒng)計AAR次數(shù)作為其學(xué)習(xí)記憶成績的評價指標(biāo)[8]。

1.3.4 HE染色觀察海馬形態(tài)結(jié)構(gòu)

行為學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，1%戊巴比妥麻醉小鼠，迅速斷頭取腦，分離右側(cè)海馬組織置于-80℃冰箱中備用，將左側(cè)腦組織置于4%多聚甲醛進(jìn)行固定。固定24 h后，梯度乙醇脫水、二甲苯透明、石蠟包埋，經(jīng)冠狀面切片(切片厚度為5 μm)，行蘇木素-伊紅(HE)染色，光學(xué)顯微鏡下觀察各組海馬組織結(jié)構(gòu)變化。

1.3.5 抗氧化水平檢測

準(zhǔn)確稱取新鮮海馬組織，按試劑盒說明書制備勻漿，檢測蛋白濃度，采用二硫代二硝基苯甲酸與巰基化合物反應(yīng)時產(chǎn)生一種黃色化合物，經(jīng)分光光度計比色測定，計算各樣品GSH實(shí)際濃度(mg/gprot)。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法

2 結(jié)果

2.1 各組小鼠體重及食物攝入量情況

表1為各組小鼠每四周體重變化情況：隨著年齡的增加，各組小鼠體重均出現(xiàn)明顯升高。自第8周至實(shí)驗(yàn)結(jié)束，D+Met組小鼠的體重低于Ctr.組(P< 0.05)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束時該組小鼠體重低于D-gala組(P< 0.05)。表2為各組小鼠食物攝取量：D+Met小鼠的食物攝取量自第8周起低于正常對照組(P< 0.05)，雖然該組小鼠的食物攝取量低于衰老模型組，但差異無顯著性(P> 0.05)。

2.2 各組小鼠Morris水迷宮測試結(jié)果

圖1 A為各組小鼠定位巡航實(shí)驗(yàn)。隨著訓(xùn)練次數(shù)的增加，各組小鼠逃避潛伏期的時間均出現(xiàn)不同程度減少，第3～5天，D-gala小鼠逃避潛伏期較Ctr.小鼠明顯增加(P< 0.001)，而D+Met小鼠顯著低于D-gala小鼠(P< 0.01或P< 0.001)。圖1B為各組小鼠游泳路程。如圖所示，Ctr.小鼠及D+Met小鼠的游泳路程逐漸減少，而D-gala小鼠游泳路程幾乎沒有變化(P< 0.05)。說明D-gala小鼠出現(xiàn)明顯的空間學(xué)習(xí)障礙，而補(bǔ)充二甲雙胍可改善這種學(xué)習(xí)能力。

圖1C為第6天各組小鼠空間探索實(shí)驗(yàn)中代表性游泳軌跡圖。經(jīng)統(tǒng)計分析得到圖1D：D-gala小鼠在目標(biāo)象限內(nèi)游泳時間占總時間的百分比顯著低于Ctr.及D+Met小鼠(P< 0.01或P﹤0.05)。圖1E為小鼠游泳熱力圖，Ctr.及D+Met小鼠目標(biāo)象限內(nèi)停留時間均高于D-gala小鼠。這些數(shù)據(jù)表明，D-gala小鼠空間記憶能力明顯受損，補(bǔ)充二甲雙胍可明顯改善空間記憶能力。

圖2F及2G分別為可視平臺實(shí)驗(yàn)中各組小鼠找到平臺所用時間及游泳速度。如圖所示，各組小鼠找到平臺所用的時間差異無顯著性(P> 0.05)，而D+Met小鼠游泳速度明顯加快(P< 0.05)。說明D-gala小鼠逃避潛伏期的延長、游泳路程的增加及在目標(biāo)象限內(nèi)游泳時間的減少不是由于視力問題，而是出現(xiàn)明顯的學(xué)習(xí)、記憶能力受損。

2.3 各組小鼠穿梭實(shí)驗(yàn)中的主動回避次數(shù)

穿梭實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。隨著訓(xùn)練次數(shù)的增加，各組小鼠主動回避次數(shù)明顯增多，第4～7天，與Ctr.組相比，D-gala小鼠主動回避次數(shù)顯著降低(P< 0.05或P<0.01)，第6～7天D+Met小鼠主動回避次數(shù)高于D-gala小鼠(P< 0.05)。這一結(jié)果表明，D-gala小鼠學(xué)習(xí)記憶能力下降，而補(bǔ)充二甲雙胍可明顯改善衰老小鼠的學(xué)習(xí)記憶能力。

表1 各組小鼠體重變化Tab.1 Changes of body weight in the mice

注：與對照組相比較,*P< 0.05；與D-gala組相比較,#P< 0.05。

Note.Compared with the control group,*P< 0.05. Compared with the D-gala group,#P< 0.05.

表2 各組小鼠食物攝入量變化Tab.2 Changes of food intake of the mice in each group

注：與對照組相比較,*P< 0.05；與D-gala組相比較,#P< 0.05。

Note.Compared with the control group,*P< 0.05. Compared with the D-gala group,#P< 0.05.

注：C：空間探索實(shí)驗(yàn)中小鼠游泳軌跡；E：各組小鼠空間探索游泳熱力圖。與對照組相比較，* P< 0.05，** P< 0.01，***P< 0.001；與D-gala組相比較，#P< 0.05，##P< 0.01，###P< 0.001。圖1 Morris水迷宮測試各組小鼠長時程空間學(xué)習(xí)記憶能力變化Note.C: Sample swimming traces of mice in different groups tested by hidden platform test. E:Swimming thermographic diagram of probe test of the mice in different groups. Compared with the control group,* P< 0.05,** P< 0.01,***P< 0.001. Compared with the D-gala group,#P< 0.05,##P< 0.01,###P< 0.001.Fig.1 Results of Morris water maze test of the spatial learning and memory ability of mice

2.4 海馬組織HE染色

圖3 A-C分別為各組小鼠海馬齒狀回區(qū)域HE染色圖，Ctr.小鼠(圖A)，海馬神經(jīng)元排列緊密，細(xì)胞形態(tài)結(jié)構(gòu)正常；與D-gala組相比，D+Met小鼠(圖C)，呈三角形或不規(guī)則型皺縮、深染的海馬神經(jīng)元明顯減少。

2.5 各組小鼠海馬組織GSH含量

如圖4所示，與Ctr.相比，D-gala小鼠海馬中GSH含量明顯下降(P< 0.05)，而補(bǔ)充二甲雙胍可恢復(fù)衰老小鼠海馬組織中GSH水平(P< 0.05)。

3 討論

人口老齡化是21世紀(jì)全球都將面臨的重大問題。減緩衰老進(jìn)程，改善老年人健康已成為各國科學(xué)領(lǐng)域研究重點(diǎn)。當(dāng)前，國際上正在開展替代藥物發(fā)展戰(zhàn)略，即利用現(xiàn)有藥物治療其他疾病。這樣既可以節(jié)省相當(dāng)多的時間和金錢，同時由于這些藥物的藥代動力學(xué)、藥效學(xué)和安全性已經(jīng)建立，繞開了臨床前研究這一繁瑣環(huán)節(jié)而被許多國家提倡。二甲雙胍正是目前研究的新型藥物之一[9]。

注：與對照組相比較，* P< 0.05，** P< 0.01；與D-gala組相比較，#P< 0.05。圖2 穿梭箱實(shí)驗(yàn)檢測各組小鼠學(xué)習(xí)記憶能力變化Note.Compared with the control group,* P< 0.05,** P< 0.01. Compared with the D-gala group,#P< 0.05.Fig.2 Changes of learning and memory ability of the mice in each group assessed by shuttle-box test

注：A,a：對照組；B,b：D-gala組；C,c：D+Met組。圖3 各組小鼠海馬齒狀回區(qū)域HE染色圖Note.A,a: control group. B,b: D-gala group. C,c: D+Met group. Fig.3 Comparison of the histology of hippocampal dentate gyrus in the mice.HE staining

于其治療效果好、副作用小、價格便宜等優(yōu)勢，目前世界上約有1.5億2型糖尿病人服用二甲雙胍[10]。雖然二甲雙胍在體內(nèi)的代謝過程已經(jīng)闡明[11]，并且證實(shí)其的確可以通過血腦屏障[12]，但是，近年來，研究者們發(fā)現(xiàn)二甲雙胍對大腦中樞神經(jīng)系統(tǒng)的作用出現(xiàn)了自相矛盾的結(jié)論。一些研究顯示二甲雙胍可以促進(jìn)腦神經(jīng)再生[13]、改善學(xué)習(xí)記憶能力[14]，降低認(rèn)知衰退的風(fēng)險[15]；而另一些研究則出現(xiàn)相反的結(jié)果，如二甲雙胍加重阿爾茨海默病(Alzheimer’ s disease，AD)發(fā)生的風(fēng)險[16]，促進(jìn)受損神經(jīng)元的存活[17]以及導(dǎo)致AD模型大鼠的認(rèn)知功能障礙的惡化[18]。由于二甲雙胍對中樞神經(jīng)系統(tǒng)存在不確定的作用，本文旨在應(yīng)用不同方法檢測二甲雙胍對衰老小鼠學(xué)習(xí)記憶、運(yùn)動功能的作用，從而為二甲雙胍是否可以作為一種抗中樞神經(jīng)系統(tǒng)衰老藥物被用于臨床研究作出一定貢獻(xiàn)。

由慢性施用D-半乳糖誘導(dǎo)神經(jīng)毒性作用是目前廣泛用于研究衰老和記憶障礙的常見模型[19]。查詢美國國家醫(yī)學(xué)圖書館PubMed數(shù)據(jù)庫，截止2017年5月，發(fā)表D-半乳糖誘導(dǎo)小鼠衰老模型相關(guān)文獻(xiàn)已達(dá)800多篇，但二甲雙胍對D-半乳糖誘導(dǎo)衰老模型的相關(guān)作用尚未見報道。本文旨在觀察二甲雙胍對D-半乳糖誘導(dǎo)的衰老小鼠學(xué)習(xí)記憶能力的影響及有關(guān)機(jī)制研究。首先，我們對D-半乳糖誘導(dǎo)的衰老小鼠進(jìn)行Morris水迷宮及穿梭實(shí)驗(yàn)測試，結(jié)果顯示衰老小鼠逃避潛伏期、游泳路程顯著增加、在目標(biāo)象限內(nèi)游泳時間以及主動穿梭次數(shù)明顯下降，提示衰老小鼠學(xué)習(xí)記憶能力明顯衰退，與曹雪姣等[20]的實(shí)驗(yàn)結(jié)論相一致。其次，DiTacchio等[21]發(fā)現(xiàn)補(bǔ)充二甲雙胍對雌性小鼠的學(xué)習(xí)記憶能力發(fā)揮保護(hù)作用，本實(shí)驗(yàn)中二甲雙胍的補(bǔ)充同樣改善衰老小鼠空間和非空間(水迷宮和穿梭實(shí)驗(yàn))學(xué)習(xí)記憶能力，這與上述研究結(jié)果一致。實(shí)驗(yàn)中，我們還發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)充二甲雙胍可降低小鼠食物攝取量并減輕小鼠體重，與先前報道的給中年小鼠補(bǔ)充二甲雙胍，其體重明顯小于年齡匹配的對照組[22]的結(jié)果相同。此外，另有文獻(xiàn)報道[23]D-半乳糖可誘導(dǎo)嚙齒類動物大腦氧化失衡，導(dǎo)致腦組織神經(jīng)變性、記憶缺陷等腦衰老表現(xiàn)，這與我們觀察到施用D-半乳糖降低小鼠體內(nèi)GSH含量相一致。而補(bǔ)充二甲雙胍可明顯恢復(fù)體內(nèi)GSH水平，提高海馬組織抗氧化能力，從而發(fā)揮對海馬組織的保護(hù)作用。但二甲雙胍作為抗氧化調(diào)節(jié)劑如何調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激、降低小鼠體重，改善其學(xué)習(xí)記憶能力，相關(guān)實(shí)驗(yàn)正在進(jìn)行中。

注：與對照組相比，* P< 0.05；與D-gala組相比，#P< 0.05。圖4 各組小鼠海馬組織中GSH變化情況Note.Compared with the control group,* P< 0.05. Compared with the D-gala group,#P< 0.05.Fig.4 Changes of glutathione (GSH) contents in hippocampal tissues of the mice

總之，本實(shí)驗(yàn)運(yùn)用行為學(xué)及組織學(xué)方法研究D-半乳糖誘導(dǎo)小鼠衰老過程中補(bǔ)充二甲雙胍對小鼠學(xué)習(xí)記憶、運(yùn)動功能及海馬神經(jīng)元的影響，結(jié)果表明二甲雙胍可以延緩腦衰老過程中學(xué)習(xí)記憶能力的下降，維持海馬神經(jīng)元正常結(jié)構(gòu)，這一保護(hù)作用可能與降低小鼠體重以及維持海馬組織中抗氧化水平有關(guān)。

[1] American Diabetes Association. Standards of medical care in diabetes-2014 [J]. Diabetes care, 2014, 37 (Supplement 1): S14-80.

[2] Chae YK, Arya A, Malecek MK, et al. Repurposing metformin for cancer treatment: current clinical studies [J]. Oncotarget, 2016, 7(26): 40767-40780.

[3] Whittington HJ, Hall AR, McLaughlin CP, et al. Chronic metformin associated cardioprotection against infarction: not just a glucose lowering phenomenon [J]. Cardiovasc Drugs Ther, 2013, 27(1): 5-16.

[4] Young MS, Lee YH, Kim JW, et al. Metformin alleviates hepatosteatosis by restoring SIRT1-mediated autophagy induction via an AMP-activated protein kinase-independent pathway [J]. Autophagy, 2015, 11(1): 46-59.

[5] Dehkordi EH, Sattari F, Khoshdel A, et al. Effect of folic acid and metformin on insulin resistance and inflammatory factors of obese children and adolescents [J]. J Res Med Sci, 2016, 21:71. eCollection 2016.

[6] Castillo-Quan JI, Blackwell TK. Metformin: restraining nucleocytoplasmic shuttling to fight cancer and aging [J]. Cell, 2016, 167(7): 1670-1671.

[7] Tasci I. Metformin: good or bad for the brain? [J]. Ann Transl Med, 2014, 2(6): 53.

[8] 魯燕俠, 張癸榮, 聶凌云, 等. 不同實(shí)驗(yàn)條件對穿梭箱系統(tǒng)研究大、小鼠學(xué)習(xí)記憶行為學(xué)的影響 [J]. 中國藥理學(xué)通報, 2012, 28(6): 787-791.

[9] Pryor R, Cabreiro F. Repurposing metformin: an old drug with new tricks in its binding pockets [J]. Biochem J, 2015, 471(3): 307-322.

[10] An H, He L. Current understanding of metformin effect on the control of hyperglycemia in diabetes [J]. J Endocrinol, 2016, 228(3): R97-106.

[11] Nakamichi N, Shima H, Asano S, et al. Involvement of carnitine/organic cation transporter OCTN1/SLC22A4 in gastrointestinal absorption of metformin [J]. J Pharm Sci, 2013, 102(9): 3407-3417.

[12] Labuzek K, Suchy D, Gabryel B, et al. Quantification of metformin by the HPLC method in brain regions, cerebrospinal fluid and plasma of rats treated with lipopolysaccharide [J]. Pharmacol Rep, 2010, 62(5): 956-965.

[13] Ahmed S, Mahmood Z, Javed A, et al. Effect of metformin on adult hippocampal neurogenesis: comparison with donepezil and links to cognition [J]. J Mol Neurosci, 2017, 62(1): 88-98.

[14] Wang J, Gallagher D, DeVito LM, et al. Metformin activates an atypical PKC-CBP pathway to promote neurogenesis and enhance spatial memory formation [J]. Cell Stem cell, 2012, 11(1): 23-35.

[15] Qi B, Hu L, Zhu L, et al. Metformin attenuates cognitive impairments in hypoxia-ischemia neonatal rats via improving remyelination [J]. Cell Mol Neurobiol, 2016, doi: 10.1007/s10571-016-0459-8.

[16] Moore EM, Mander AG, Ames D, Increased risk of cognitive impairment in patients with diabetes is associated with metformin [J]. Diabetes Care, 2013, 36(10): 2981-2987.

[17] Barini E, Antico O, Zhao Y, et al. Metformin promotes tau aggregation and exacerbates abnormal behavior in a mouse model of tauopathy [J]. Mol Neurodeqener, 2016, 11: 16.

[18] Son SM, Shin HJ, Byun J, et al. Metformin facilitates amyloid-β generation by β- and γ-secretases via autophagy activation [J]. J Alzheimers Dis, 2016, 51(4): 1197-1208.

[19] Shahroudi MJ, Mehri S, Hosseinzadeh H. Anti-aging effect ofNigellasativafixed oil on D-galactose-induced aging in mice [J]. J Pharmacopuncture, 2017, 20(1): 29-35.

[20] 曹雪姣, 耿成燕, 董偉, 等. D-半乳糖對成年小鼠海馬神經(jīng)元p-ERK1/2表達(dá)和學(xué)習(xí)記憶能力的影響 [J]. 中國比較醫(yī)學(xué)雜志, 2013, 23(11): 40-43.

[21] DiTacchio KA, Heinemann SF, Dziewczapolski G. Metformin treatment alters memory function in a mouse model of Alzheimer’ s disease [J]. J Alzheimers Dis,2015, 44(1): 43-48.

[22] Spindler SR. Use of microarray biomarkers to identify longevity therapeutics [J]. Aging Cell, 2006, 5(1): 39-50.

[23] Chen X, Li Y, Chen W, et al. Protective effect of hyperbaric oxygen on cognitive impairment induced by D-galactose in mice [J]. Neurochem Res, 2016, 41(11): 3032-3041.

Effectofmetforminonlearningandmemoryabilityinmiceduringagingandthepossibleunderlyingmechanisms

ZHANG Li-jun1， ZHANG Li-xia1， WANG Hao-ying1， ZHANG Qiong1， LI Li-hong2， XUAN Rui-jing2， WANG Zhao-jun3， GUO Jian-hong1*

(1.Department of Pathophysiology,Shanxi Medical University,Taiyuan 030001, China; 2.Laboratory Animal Center, Shanxi Key Laboratory of Experimental Animal Science and Hunman Disease Animal Model, Taiyuan 030001； 3.Department of Physiology, Key Laboratory for Cellular Physiology of Ministry of Education, Shanxi Medical University, Taiyuan 030001)

ObjectiveTo explore the effect of metformin on learning and memory ability and hippocampal tissue structure in mice during aging induced by D-galactose, and the possible underling mechanisms.MethodsTwenty-four SPF 7-month-old female ICR mice were randomly divided into three groups. Mice of the aging group and aging+metformin group were given subcutaneous injection with D-galactose on the back to induce senescence, and given intragastric gavage with 0.9% saline or metformin. Mice of the control group were treated with 0.9% saline. All treatments lasted for 16 weeks. The body weight and food intake were monitored, learning and memory ability and motor function were tested by Mirros water maze and shuttle box tests, HE staining was used to observe the pathology of hippocampus in the mice, and the levels of glutathione (glutathione, GSH) in hippocampus of mice were detected by colorimetry.ResultsCompared with the aging group, the aging+meformin group showed diverse differences: the body weight was decreased (P< 0.05), the escape latency and swimming distance were decreased (P< 0.01 orP< 0.05), the swimming time in the target quadrant was prolonged (P< 0.05) and swimming speed was accelerated (P< 0.05) in the Morris water maze test. The numbers of active avoidance response were markedly increased in shuttle box test (P< 0.05). The neurons with nuclear condensation and deep staining were obviously decreased in the dentate gyrus of hippocampus, however the GSH level was significantly increased (P< 0.05).ConclusionsMetformin can delay the decline of learning and memory ability, maintain the normal structure of hippocampus during the aging process in mice, which may be related to the reduction of body weight and enhancement of antioxidant levels in the hippocampus.

Metformin; Aging; Oxidative stress; Hippocampal neurons

2017-04-25

山西省自然科學(xué)基金資助(201311054-2)。

張麗君(1987-)，女，研究生，研究方向：衰老及相關(guān)疾病。E-mail: zlj202020@163.com

郭建紅(1968-)，女，副教授，博士，研究方向：衰老及相關(guān)疾病。E-mail: sgs7551@126.com

R-33

A

1671-7856(2017) 12-0033-06

10.3969.j.issn.1671-7856. 2017.12.006