维生素D对睡眠剥夺小鼠认知功能的影响及其作用机制研究

2021
06/29

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古麻今醉
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【论著】

本研究通过建立小鼠睡眠剥夺(SD)模型,探讨维生素D(VD)对SD小鼠认知功能的影响及其作用机制。 

 

1 材料与方法

     

将40只C57BL/6小鼠按照随机数字表法分为4组(每组10只):正常对照组(Ctrl组)、SD组、SD+VD组(VD组)、SD+VD+3MA组(3MA组)。Ctrl组不做任何处理,SD组、VD组、3MA组小鼠采用多平台水环境法进行72 h的SD;VD组、3MA组腹腔注射1,25‑二羟维生素D3[25(OH)2D3]1.5 μg/kg,连续7 d;3MA组腹腔注射自噬抑制剂3MA 2 mg/kg,连续7 d;Ctrl组与SD组腹腔注射等量的生理盐水。造模结束后用Morris水迷宫检测小鼠学习、记忆能力,行为学测试完毕后随即处死取材,采用ELISA试剂盒检测小鼠血清中25羟基维生素D3(25HVD3)的含量以及海马组织中β‑淀粉样蛋白(Aβ)、TNF‑α、IL‑1β及IL‑6的含量,Western blot法检测小鼠海马组织中自噬关键分子酵母Atg6同系物(Beclin 1)和微管相关蛋白1轻链3B亚基(LC3B)的蛋白水平;免疫荧光染色法标记LC3B。


 

2 结 果

     

2.1 Morris水迷宫测试结果

4组小鼠空间探索轨迹见图1。4组小鼠SD前的平均逃避潜伏期差异无统计学意义(P>0.05)。SD后,与Ctrl组比较,SD组、VD组与3MA组逃避潜伏期明显延长,穿越平台次数及目标象限停留时间减少(P<0.05);与SD组比较,VD组逃避潜伏期明显缩短,穿越平台次数及目标象限停留时间增加(P<0.05);与VD组比较,3MA组逃避潜伏期均明显延长,穿越平台次数及目标象限停留时间减少(P<0.05)。而SD组与3MA组逃避潜伏期、穿越平台次数和目标象限停留时间比较差异均无统计学意义(P>0.05)。见图2。

 
 

2.2 ELISA检测结果

与Ctrl组比较,SD组、VD组和3MA组血清中25HVD3含量均减少(P<0.05);与SD组比较,VD组和3MA组血清中25HVD3含量增加(P<0.05);VD组与3MA组血清中25HVD3含量比较差异无统计学意义(P>0.05)。

与Ctrl组比较,SD组、VD组和3MA组海马组织中Aβ、TNF‑α、IL‑1β及IL‑6含量均增加(P<0.05);与SD组比较,VD组和3MA组海马组织中Aβ、TNF‑α、IL‑1β及IL‑6含量均减少(P<0.05);与VD组比较,3MA组海马组织中Aβ、TNF‑α、IL‑1β及IL‑6含量均增加(P<0.05)。见图3。

 

2.3 Western blot检测结果

与Ctrl组比较,SD组、VD组和3MA组海马组织中Beclin 1和LC3B的蛋白水平均升高(P<0.05)。与VD组比较,SD组和3MA组海马组织中Beclin 1和LC3B的蛋白水平降低(P<0.05)。SD组与3MA 组Beclin 1和LC3B蛋白水平比较差异无统计学意义(P>0.05)。见图4。

 

2.4 免疫荧光检测结果

与Ctrl组比较,SD组、VD组和3MA组绿色荧光表达均明显增强(提示LC3B表达均增加)。与SD组比较,VD组的绿色荧光表达更强。SD组与3MA组绿色荧光表达无明显区别。见图5。

 
 

3 讨 论

 

本实验采用改良多平台水环境法构建小鼠SD模型,用Morris水迷宫检测小鼠学习记忆能力。结果显示,与Ctrl组比较,其余3组逃避潜伏期明显延长,穿越平台次数和目标象限停留时间减少,海马组织中Aβ含量增加,提示造模成功,证实SD小鼠存在认知功能障碍,与上述文献结果一致。


本研究建立小鼠SD模型,探讨VD对SD小鼠认知功能的影响及其潜在机制。结果表明,SD小鼠血清中25HVD3含量明显减少,证实了SD可导致小鼠体内VD含量下降。另外,与SD组比较,VD组逃避潜伏期明显缩短,穿越平台次数和目标象限停留时间增加,海马组织中Aβ减少,表明补充VD能改善SD介导的小鼠认知功能障碍。


本研究发现,与Ctrl组比较,SD组、VD组和3MA组海马组织中Beclin 1和LC3B蛋白水平均增加,绿色荧光表达增强,与上述文献提及一致,表明SD可引起小鼠海马区自噬活动增强;另一方面,与SD组比较,VD组海马组织中Beclin 1和LC3B蛋白水平增多,绿色荧光表达更强,而使用自噬抑制剂3MA后,海马组织中Beclin 1和LC3B蛋白水平降低,绿色荧光表达下降,结果均提示VD通过诱导自噬增强改善SD小鼠的认知功能。


本研究通过ELISA法检测海马组织中IL‑6、TNF‑α和IL‑1β的含量,结果显示:SD组、3MA组与Ctrl组比较,IL‑6、TNF‑α及IL‑1β含量均增加;与SD组、3MA组比较,VD组中IL‑6、TNF‑α及IL‑1β含量减少。表明中枢神经炎症反应参与了SD介导的学习记忆损伤的过程,VD可调节炎症因子的表达,减轻神经炎症反应,从而改善SD小鼠的认知功能。


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关键词:
维生素D,睡眠

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