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目的:
通过夹脊电针干预ALS-SOD1G93A转基因小鼠,观察其对小鼠生存期、行为学及其对腰髓前角运动神经元形态学影响,以Akt/CREB信号通路对运动神经元细胞的影响机制为切入点,探讨夹脊电针治疗ALS的可能作用机制,为夹脊电针治疗ALS提供实验依据。
方法:
实验一:ALS-SOD1G93A转基因小鼠的鉴定及夹脊电针治疗对其行为学的影响:1.ALS-SOD1G93A转基因小鼠的鉴定:应用美国Jackson实验室提供的引物序列和方案对ALS-SOD1G93A转基因小鼠进行PCR鉴定,并对小鼠的表型特征进行观察。2.分组及治疗:按随机数字表法将24只ALS-SOD1G93A转基因小鼠随机分为电针治疗组、手针治疗组、阳性对照组,每组各8只,同窝野生型小鼠8只作为阴性对照。于小鼠日龄60天开始治疗,手针治疗组针刺双侧L1~2、L5~6夹脊穴;电针治疗组予以夹脊电针治疗;模型组予以捆绑固定;每周2次,每次20分钟,连续治疗4周。3.行为学观察:采用转棒实验、悬吊试验、称重、神经功能评估观察小鼠发病及疾病进展情况。
实验二:夹脊电针对ALS-SOD1G93A转基因小鼠腰髓前角运动神经元AEG-1表达的影响:1.分组及处置:同实验一。2.HE染色观察各组小鼠腰髓前角运动神经元形态变化及运动神经元计数。3.免疫荧光染色、免疫组化、WesternBlot法、qRT-PCR法观察各组小鼠腰髓前角AEG-1表达。
实验三:夹脊电针对ALS-SOD1G93A转基因小鼠腰髓Akt/CREB通路相关蛋白的影响:1.分组及处置:同第一部分实验。2.WesternBlot检测脊髓前角组织中p-Akt、p-GSK-3β、p-CREB蛋白表达。
结果:
1.ALS-SOD1G93A转基因小鼠的鉴定:PCR鉴定:阳性率为40%~50%。表型特征:小鼠于日龄80~95天左右时陆续发病,悬尾时,后肢伸展明显不完全,并伴有单侧或双侧后肢震颤;日龄100~120天左右时,行走能力下降,后肢肌肉萎缩,或行走时后肢呈拖拽状;而后疾病逐渐加重,逐渐出现后肢肌肉强直性瘫痪,行动主要靠前肢爬行,小鼠呈弓背状,独立自由获取食物的能力逐渐丧失;至日龄140天左右时,将小鼠侧倒放置于实验台上,小鼠在20~30s内不能够自主翻身,判定为终末期。
2.体重分析:与模型组比较,手针治疗组、电针治疗组均能明显延缓小鼠体重丢失,有显著性差异(P<0.05);与手针治疗组比较,电针治疗组在延缓小鼠体重丢失方面更显著(P<0.05)。
3.发病时间和生存期分析:阳性对照组、手针治疗组、电针治疗组小鼠发病时间分别为(89.88±5.84)d、(94.88±4.07)d、(106.13±6.60)d;与阳性对照组比较,手针治疗组、电针治疗组小鼠发病时间均明显延缓(P<0.05,P<0.01);与手针治疗组比较,电针治疗组延缓小鼠发病时间更显著(P<0.05)。阳性对照组、手针治疗组、电针治疗组小鼠生存期分别为(136.63±5.50)d、(145.63±4.44)d、(154.25±5.44)d;与阳性对照组比较,手针治疗组、电针治疗组小鼠生存期均明显延长(P<0.05,P<0.01);与手针治疗组比较,电针治疗组延长小鼠生存期更显著(P<0.05)。Kaplan-Meier生存分析可知,电针治疗组生存期明显高于阳性对照组和手针治疗组(P<0.01)。
4.转棒实验分析:与模型组比较,从日龄110天至日龄131天,手针治疗组和电针治疗组小鼠转棒运动功能明显得到改善(P<0.05,P<0.01);从日龄113天至日龄131天,电针治疗组小鼠转棒实验潜伏期明显高于手针治疗组(P<0.05)。
5.悬吊实验分析:与模型组比较,从日龄110天至日龄131天,手针治疗组和电针治疗组小鼠悬吊实验潜伏期明显提高(P<0.05,P<0.01);从日龄113天至日龄131天,电针治疗组小鼠悬吊实验潜伏期明显高于手针治疗组(P<0.05)。
6.形态学:(1)HE染色可见:野生型对照组:镜下观察发现,野生型小鼠腰髓前角的运动神经元数量正常,细胞的形态规则、结构完整、轮廓清晰,没有发现水肿、空泡等细胞损伤表现,细胞各结构染色均匀,核仁清晰,无特异性改变。阳性对照组:镜下观察发现,阳性对照组小鼠腰髓前角运动神经元细胞数目较正常组织显著减少,腰髓前角组织疏松水肿,神经细胞形态不规则、结构改变、胞体变性,胞质胞核染色不均匀、不清晰,出现核固缩和空泡状改变。手针治疗组:镜下观察发现,手针治疗组小鼠腰髓前角运动神经元数目较阳性对照组稍多,神经细胞结构形态较阳性组略佳,但神经元细胞核染色不清及空泡化仍较明显存在。电针治疗组:镜下观察发现,经电针治疗后小鼠腰髓前角运动神经元数明显高于阳性对照组、手针治疗组,神经元细胞的结构和形态明显改善,仅存少量染色不清的神经元细胞,空泡化细胞数量亦显著减少。(2)运动神经元计数:与野生型对照组相比,阳性对照组小鼠腰髓前角运动神经元数目明显减少(P<0.01);治疗后,与阳性对照组比较,手针治疗组、电针治疗组小鼠腰髓前角运动神经元数量明显增加(P<0.05,P<0.01);与手针治疗组比较,电针治疗组小鼠腰髓前角运动神经元数量增加更明显(P<0.05)。
7.夹脊电针对ALS-SOD1G93A转基因小鼠腰髓前角运动神经元AEG-1表达的影响:本实验中,取小鼠腰髓前角进行免疫组化观察各组小鼠腰髓前角AEG-1表达情况。从经Image-proPlus软件分析结果来看,与野生型对照组相比,阳性对照组小鼠腰髓前角AEG-1表达明显减少(P<0.01);治疗后,与阳性对照组比较,手针治疗组、电针治疗组小鼠腰髓前角运动神经元AEG-1表达量明显增加(P<0.05,P<0.01);与手针治疗组比较,电针治疗组小鼠腰髓前角运动神经元AEG-1表达量增加,差异有统计学意义(P<0.05)。从WesternBlot和qRT-PCR检测结果来看,与野生型对照组相比,阳性对照组小鼠腰髓前角AEG-1蛋白和AEG-1mRNA表达明显减少(P<0.01);治疗后,与阳性对照组比较,手针治疗组、电针治疗组小鼠腰髓前角AEG-1蛋白和AEG-1mRNA表达明显增加(P<0.05,P<0.01);与手针治疗组比较,电针治疗组小鼠腰髓前角AEG-1蛋白和AEG-1mRNA表达明显增加(P<0.05)。
8.夹脊电针对ALS-SOD1G93A转基因小鼠腰髓前角p-Akt蛋白表达的影响:与野生型对照组相比,阳性对照组、手针治疗组小鼠腰髓前角p-Akt表达明显减少(P<0.01);经治疗后,手针治疗组、电针治疗组小鼠腰髓前角运动神经元p-Akt表达量较阳性对照组明显增加(P<0.05,P<0.01),且电针治疗组较手针治疗组增多更明显,差异有统计学意义(P<0.05)。
9.夹脊电针对ALS-SOD1G93A转基因小鼠腰髓前角p-GSK-3β蛋白表达的影响:与野生型对照组相比,阳性对照组、手针治疗组小鼠腰髓前角p-GSK-3β表达明显减少(P<0.01);经治疗后,手针治疗组、电针治疗组小鼠腰髓前角运动神经元p-GSK-3β表达量较阳性对照组明显增加(P<0.05,P<0.01),且电针治疗组较手针治疗组增多更明显,差异有统计学意义(P<0.05)。
10.夹脊电针对ALS-SOD1G93A转基因小鼠腰髓前角p-CREB蛋白表达的影响:与野生型对照组相比,阳性对照组、手针治疗组小鼠腰髓前角p-CREB表达明显减少(P<0.01);经治疗后,手针治疗组、电针治疗组小鼠腰髓前角运动神经元p-CREB表达量较阳性对照组明显增加(P<0.05,P<0.01),且电针治疗组较手针治疗组增多更明显,差异有统计学意义(P<0.05)。
结论:
1.夹脊电针能够改善ALS-SOD1G93A转基因小鼠的运动功能,延缓发病,延长生存期,其效果优于手针治疗治疗。
2.夹脊电针可以改善ALS-SOD1G93A转基因小鼠腰髓前角运动神经元形态学变化,其效果优于手针治疗治疗。
3.夹脊电针通过激活Akt/CREB信号通路,增强小鼠腰髓前角运动神经元p-Akt表达,使下游GSK-3β磷酸化水平提高,上调p-CREB和AEG-1的表达,减轻运动神经元损伤,提高ALS-SOD1G93A转基因小鼠的运动功能,延缓发病,延长生存期,起到防治ALS的目的。
通过夹脊电针干预ALS-SOD1G93A转基因小鼠,观察其对小鼠生存期、行为学及其对腰髓前角运动神经元形态学影响,以Akt/CREB信号通路对运动神经元细胞的影响机制为切入点,探讨夹脊电针治疗ALS的可能作用机制,为夹脊电针治疗ALS提供实验依据。
方法:
实验一:ALS-SOD1G93A转基因小鼠的鉴定及夹脊电针治疗对其行为学的影响:1.ALS-SOD1G93A转基因小鼠的鉴定:应用美国Jackson实验室提供的引物序列和方案对ALS-SOD1G93A转基因小鼠进行PCR鉴定,并对小鼠的表型特征进行观察。2.分组及治疗:按随机数字表法将24只ALS-SOD1G93A转基因小鼠随机分为电针治疗组、手针治疗组、阳性对照组,每组各8只,同窝野生型小鼠8只作为阴性对照。于小鼠日龄60天开始治疗,手针治疗组针刺双侧L1~2、L5~6夹脊穴;电针治疗组予以夹脊电针治疗;模型组予以捆绑固定;每周2次,每次20分钟,连续治疗4周。3.行为学观察:采用转棒实验、悬吊试验、称重、神经功能评估观察小鼠发病及疾病进展情况。
实验二:夹脊电针对ALS-SOD1G93A转基因小鼠腰髓前角运动神经元AEG-1表达的影响:1.分组及处置:同实验一。2.HE染色观察各组小鼠腰髓前角运动神经元形态变化及运动神经元计数。3.免疫荧光染色、免疫组化、WesternBlot法、qRT-PCR法观察各组小鼠腰髓前角AEG-1表达。
实验三:夹脊电针对ALS-SOD1G93A转基因小鼠腰髓Akt/CREB通路相关蛋白的影响:1.分组及处置:同第一部分实验。2.WesternBlot检测脊髓前角组织中p-Akt、p-GSK-3β、p-CREB蛋白表达。
结果:
1.ALS-SOD1G93A转基因小鼠的鉴定:PCR鉴定:阳性率为40%~50%。表型特征:小鼠于日龄80~95天左右时陆续发病,悬尾时,后肢伸展明显不完全,并伴有单侧或双侧后肢震颤;日龄100~120天左右时,行走能力下降,后肢肌肉萎缩,或行走时后肢呈拖拽状;而后疾病逐渐加重,逐渐出现后肢肌肉强直性瘫痪,行动主要靠前肢爬行,小鼠呈弓背状,独立自由获取食物的能力逐渐丧失;至日龄140天左右时,将小鼠侧倒放置于实验台上,小鼠在20~30s内不能够自主翻身,判定为终末期。
2.体重分析:与模型组比较,手针治疗组、电针治疗组均能明显延缓小鼠体重丢失,有显著性差异(P<0.05);与手针治疗组比较,电针治疗组在延缓小鼠体重丢失方面更显著(P<0.05)。
3.发病时间和生存期分析:阳性对照组、手针治疗组、电针治疗组小鼠发病时间分别为(89.88±5.84)d、(94.88±4.07)d、(106.13±6.60)d;与阳性对照组比较,手针治疗组、电针治疗组小鼠发病时间均明显延缓(P<0.05,P<0.01);与手针治疗组比较,电针治疗组延缓小鼠发病时间更显著(P<0.05)。阳性对照组、手针治疗组、电针治疗组小鼠生存期分别为(136.63±5.50)d、(145.63±4.44)d、(154.25±5.44)d;与阳性对照组比较,手针治疗组、电针治疗组小鼠生存期均明显延长(P<0.05,P<0.01);与手针治疗组比较,电针治疗组延长小鼠生存期更显著(P<0.05)。Kaplan-Meier生存分析可知,电针治疗组生存期明显高于阳性对照组和手针治疗组(P<0.01)。
4.转棒实验分析:与模型组比较,从日龄110天至日龄131天,手针治疗组和电针治疗组小鼠转棒运动功能明显得到改善(P<0.05,P<0.01);从日龄113天至日龄131天,电针治疗组小鼠转棒实验潜伏期明显高于手针治疗组(P<0.05)。
5.悬吊实验分析:与模型组比较,从日龄110天至日龄131天,手针治疗组和电针治疗组小鼠悬吊实验潜伏期明显提高(P<0.05,P<0.01);从日龄113天至日龄131天,电针治疗组小鼠悬吊实验潜伏期明显高于手针治疗组(P<0.05)。
6.形态学:(1)HE染色可见:野生型对照组:镜下观察发现,野生型小鼠腰髓前角的运动神经元数量正常,细胞的形态规则、结构完整、轮廓清晰,没有发现水肿、空泡等细胞损伤表现,细胞各结构染色均匀,核仁清晰,无特异性改变。阳性对照组:镜下观察发现,阳性对照组小鼠腰髓前角运动神经元细胞数目较正常组织显著减少,腰髓前角组织疏松水肿,神经细胞形态不规则、结构改变、胞体变性,胞质胞核染色不均匀、不清晰,出现核固缩和空泡状改变。手针治疗组:镜下观察发现,手针治疗组小鼠腰髓前角运动神经元数目较阳性对照组稍多,神经细胞结构形态较阳性组略佳,但神经元细胞核染色不清及空泡化仍较明显存在。电针治疗组:镜下观察发现,经电针治疗后小鼠腰髓前角运动神经元数明显高于阳性对照组、手针治疗组,神经元细胞的结构和形态明显改善,仅存少量染色不清的神经元细胞,空泡化细胞数量亦显著减少。(2)运动神经元计数:与野生型对照组相比,阳性对照组小鼠腰髓前角运动神经元数目明显减少(P<0.01);治疗后,与阳性对照组比较,手针治疗组、电针治疗组小鼠腰髓前角运动神经元数量明显增加(P<0.05,P<0.01);与手针治疗组比较,电针治疗组小鼠腰髓前角运动神经元数量增加更明显(P<0.05)。
7.夹脊电针对ALS-SOD1G93A转基因小鼠腰髓前角运动神经元AEG-1表达的影响:本实验中,取小鼠腰髓前角进行免疫组化观察各组小鼠腰髓前角AEG-1表达情况。从经Image-proPlus软件分析结果来看,与野生型对照组相比,阳性对照组小鼠腰髓前角AEG-1表达明显减少(P<0.01);治疗后,与阳性对照组比较,手针治疗组、电针治疗组小鼠腰髓前角运动神经元AEG-1表达量明显增加(P<0.05,P<0.01);与手针治疗组比较,电针治疗组小鼠腰髓前角运动神经元AEG-1表达量增加,差异有统计学意义(P<0.05)。从WesternBlot和qRT-PCR检测结果来看,与野生型对照组相比,阳性对照组小鼠腰髓前角AEG-1蛋白和AEG-1mRNA表达明显减少(P<0.01);治疗后,与阳性对照组比较,手针治疗组、电针治疗组小鼠腰髓前角AEG-1蛋白和AEG-1mRNA表达明显增加(P<0.05,P<0.01);与手针治疗组比较,电针治疗组小鼠腰髓前角AEG-1蛋白和AEG-1mRNA表达明显增加(P<0.05)。
8.夹脊电针对ALS-SOD1G93A转基因小鼠腰髓前角p-Akt蛋白表达的影响:与野生型对照组相比,阳性对照组、手针治疗组小鼠腰髓前角p-Akt表达明显减少(P<0.01);经治疗后,手针治疗组、电针治疗组小鼠腰髓前角运动神经元p-Akt表达量较阳性对照组明显增加(P<0.05,P<0.01),且电针治疗组较手针治疗组增多更明显,差异有统计学意义(P<0.05)。
9.夹脊电针对ALS-SOD1G93A转基因小鼠腰髓前角p-GSK-3β蛋白表达的影响:与野生型对照组相比,阳性对照组、手针治疗组小鼠腰髓前角p-GSK-3β表达明显减少(P<0.01);经治疗后,手针治疗组、电针治疗组小鼠腰髓前角运动神经元p-GSK-3β表达量较阳性对照组明显增加(P<0.05,P<0.01),且电针治疗组较手针治疗组增多更明显,差异有统计学意义(P<0.05)。
10.夹脊电针对ALS-SOD1G93A转基因小鼠腰髓前角p-CREB蛋白表达的影响:与野生型对照组相比,阳性对照组、手针治疗组小鼠腰髓前角p-CREB表达明显减少(P<0.01);经治疗后,手针治疗组、电针治疗组小鼠腰髓前角运动神经元p-CREB表达量较阳性对照组明显增加(P<0.05,P<0.01),且电针治疗组较手针治疗组增多更明显,差异有统计学意义(P<0.05)。
结论:
1.夹脊电针能够改善ALS-SOD1G93A转基因小鼠的运动功能,延缓发病,延长生存期,其效果优于手针治疗治疗。
2.夹脊电针可以改善ALS-SOD1G93A转基因小鼠腰髓前角运动神经元形态学变化,其效果优于手针治疗治疗。
3.夹脊电针通过激活Akt/CREB信号通路,增强小鼠腰髓前角运动神经元p-Akt表达,使下游GSK-3β磷酸化水平提高,上调p-CREB和AEG-1的表达,减轻运动神经元损伤,提高ALS-SOD1G93A转基因小鼠的运动功能,延缓发病,延长生存期,起到防治ALS的目的。