胰島素對缺氧大鼠認知損傷的保護作用研究

王 飛,索朗多布杰,吳承澤,李馨冉,索朗德吉,龔嘎藍孜*

(1.西藏大學醫學院,西藏 拉薩850000;2.西藏自治區殘疾人康復服務中心,西藏 拉薩850000;3.拉薩市人民醫院 心內科,西藏 拉薩850000)

長期暴露于高原環境中,無論世代居住在高原地區還是由平原地區進入高原地區的人群,均會由于高原低氧環境導致機體多器官損傷,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,會導致大腦出現輕重不等損傷,嚴重時會危及生命[2]。認知功能損傷是大腦缺氧損傷后的主要表現之一[3]。研究報道,部分高原習服及適應不全人群存在輕度認知障礙,主要表現在視聽覺、感知覺、學習記憶能力、注意力、語言能力、推理能力、抽象概括以及復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致的認知損傷的藥物[7],因此,亟需尋找新的安全有效的防治藥物。

有研究顯示,增加腦內胰島素濃度可改善動物以及人類的海馬依賴性學習記憶功能[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-腎上腺軸釋放皮質醇,從而改善認知功能障礙[10]。然而,目前還未有胰島素應用于高原缺氧所致的認知損傷的保護作用研究。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境認知損傷的防治作用和機制,為缺氧所致認知功能損傷相關疾病提供基礎數據。

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)。到達高原后前3日,吸氧組按2 L/h 持續給氧3日,生理鹽水組大鼠在達到高原后注射生理鹽水3次/日,持續3日,胰島素組大鼠在到達高原后注射生理鹽水+胰島素1.2U/日,3次/日,持續給藥3日。到達高原第4日,對4組大鼠進行Morris水迷宮測試,并觀察大鼠大腦HE染色結果。

1.3 統計學分析

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、目標象限所占時間百分比、站立次數和總路程的比較用單因素方差分析,P<0.05為差異具有統計學意義。

2 結果

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計學差異(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、目標象限所占時間百分比、站立次數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、目標象限所占時間百分比、站立次數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和目標象限所占時間百分比比較

圖2 4組大鼠站立次數和總路程比較

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染色結果比較

3 討論

人體大腦對缺氧尤為敏感,暴露于高原環境中,大腦會發生一系列代償反應來適應缺氧環境,而當大腦失代償或代償過度后,腦功能就會出現損傷表現,如感覺、記憶、注意和思維等認知功能的損傷,嚴重時甚至會導致神經元損傷、且不可逆性死亡[3-6]。目前治療高原低氧導致的認知損傷西藥副作用大,而中藥和藏藥的作用還沒有得到統一認識[7]。

胰島素是由51種氨基酸組成的肽類激素,調控體內蛋白質、糖、脂肪三大營養物質的代謝,而其降糖作用對保持內環境的穩態起到尤為重要的作用[8-9]。研究發現,胰島素可對受損的神經系統起到保護作用和促進再生作用[10]。劉濤等[11]研究顯示當腦內胰島素水平異?；蚱涫荏w活性下降時會對學習、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,發現與吸氧組相比,高原缺氧組、生理鹽水組和胰島素組大鼠,穿越平臺次數、目標象限所占時間百分比、站立次數和總路程均顯著減少,說明高原低氧環境會損傷大鼠學習記憶能力。而給與胰島素后,大鼠穿越平臺次數、目標象限所占時間百分比、站立次數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染色的比較結果跟Morris水迷宮實驗結果一致,兩組不同的實驗結果均提示胰島素可以減輕缺氧所致大腦認知損傷。這與Spinelli等[12]研究發現腦內胰島素抵抗使得海馬體的記憶、空間學習等認知功能下降一致,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。隨著腦內胰島素對“突觸可塑性”作用的發現,胰島素對中樞神經退行性疾病引起的認知功能損傷的防治作用漸漸受到廣泛關注[12]。有研究發現,在阿爾茲海默(AD)患者中發現了腦內胰島素及其受體表達較正常下降較為顯著[15]。李棟等[16]研究發現AD患者大腦病理的改變,與腦內胰島素信號通路障礙有關聯,這種信號異常變化可能是導致神經退行性病變的重要機制。張益銘等[17]研究顯示胰島素對AD患者的認知功能有促進恢復的效果,并且神經元的能量代謝與認知功能可能有關。

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