摘要
目的： 阿尔茨海默病（AD）是一种起病隐匿进展缓慢的神经系统退行性疾病。关于AD的病因研究，一直是该领域的热点问题。其中比较公认的假说是神经元淀粉样蛋白沉积(Aβ)和神经元纤维纤缠（NFT）。 近年来有研究指出二甲双胍能改善啮齿类动物的空间学习记忆能力，同时还能够延长啮齿类动物的寿命。但其明确的机制尚未阐明。因此，本研究旨通过SAMP8小鼠探讨二甲双胍改善学习能力的分子及表观遗传学机制，为临床用药提供可靠的理论依据。 方法： 在本研究中，首先应用水迷宫实验和新颖物体识别实验测试3月龄和8月龄SAMP8小鼠的空间记忆能力，同月龄的SAMR1小鼠做为对照组。行为学测试24小时后断头取脑，应用蛋白印迹检测海马脑区 AMPK，AMPKp-172， PGC1α，SIRT1,BDNF,PSD95，BACE1和Aβ等分子的变化趋势。 其次，在 SAMP8小鼠7月龄时，以200mg/kg的计量腹腔注射二甲双胍（metformin）38天；对照组（7月龄SAMP8小鼠）注射生理盐水（saline），各组小鼠三天称一次体重。第39天开始进行行为学测试。断头取脑后，检测海马脑区AMPK，AMPKp-172，PGC1α，SIRT1，BDNF，PSD95，BACE1和Aβ等分子改变。 最后，应用染色质免疫共沉淀技术（CHIP）探讨二甲双胍治疗 AD的表观遗传学机制。 结果： 第一部分实验，在新颖物体测试中，与8月龄 SAMR1小鼠相比，8月龄SAMP8小鼠对新物体的识别指数显著下降(P<0.05)。水迷宫测试时，与8月龄SAMR1小鼠相比，8月龄SAMP8小鼠穿越平台的次数(P<0.05）和在目标象限停留的时间（P<0.05）显著降低。3月龄SAMR1和3月龄SAMP8小鼠没有差异性改变(P>0.05)。各组小鼠在测试时的游泳速度没有差异性改变（P>0.05）。免疫印迹实验发现，与8月龄SAMR1小鼠相比，8月龄SAMP8小鼠的海马脑区AMPK-SIRT1-PGC1α信号通路活性下降(P<0.05)，BDNF和PSD95蛋白水平显著下调(P<0.05)，BACE1和 Aβ分子水平明显上调(P<0.05)。然而，3月龄SAMP8小鼠和3月龄SAMR1小鼠的分子改变没有统计学差异(P>0.05)。 腹腔注射二甲双胍后，8月龄SAMP8小鼠的学习记忆能力显著提高。在新颖物体测试中，与Saline组小鼠相比，MET组小鼠物体识别指数显著增加(P<0.05)。在水迷宫试验中，与Saline组小鼠相比，MET组小鼠穿越目标平台次数(P<0.05)和目标象限的停留时间(P<0.05)显著增加。免疫印迹实验发现，与 Saline组小鼠相比， MET组小鼠海马脑区 AMPK- SIRT1-PGC1α信号通路显著激活(P<0.05)，BACE1和Aβ蛋白水平显著下降(P<0.05)。此外，BDNF和PSD95分子水平显著增加(P<0.05)；染色质免疫共沉淀技术（CHIP）发现，与 Saline组小鼠相比，MET组小鼠海马脑区BACE1外显子启动子区域乙酰化组蛋白H3的结合水平显著降低（P<0.05）；BDNF外显子IV和VI启动子区域乙酰化组蛋白H3的结合水平显著增加（P<0.05）。 3.结论： 通过上述实验结果，我们推测阿尔茨海默病导致AMPK-SIRT1-PGC1α信号通路下调，进而增加BACE1的蛋白水平，引起Aβ的沉积。除此之外，8月龄SAMP8小鼠海马脑区BDNF和PSD95蛋白水平也相应下调。通过腹腔注射低剂量的二甲双胍发现，8月龄SAMP8小鼠学习记忆能力明显改善，其分子机制可能是由于二甲双胍能够激活 AMPK-SIRT1-PGC1α信号通路，进而抑制 BACE1和Aβ的表达。同时，二甲双胍能够上调BDNF和PSD95的蛋白表达，进而改善中枢神经系统的突触可塑性。应用染色质免疫共沉淀技术发现，二甲双胍激活AMPK-SIRT1-PGC1α信号通路，进而降低BACE1外显子启动子区乙酰化组蛋白H3的结合水平，来调控BACE1和Aβ的表达。此外，二甲双胍还会增加BDNF基因外显子 IV和 VI启动子区域乙酰化组蛋白 H3的结合水平来促进BDNF的蛋白表达，进而改善小鼠的学习记忆能力。 本研究首次在 SAMP8小鼠中探讨，低剂量的二甲双胍通过AMPK-SIRT1-PGC1α信号通路改善痴呆小鼠的学习记忆损伤。应用染色质免疫共沉淀技术阐明二甲双胍改善阿尔茨海默病认知损伤的表观遗传学机制。为未来从基因角度探讨阿尔茨海默病发病机制提供了理论依据。
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