运用微型正电子发射扫描技术观察电针对SAMP8老年痴呆小鼠大脑海马区葡萄糖代谢的影响

姜婧,高凯,周源,韩向博,朴赞勋,李志刚

·动物实验·

运用微型正电子发射扫描技术观察电针对SAMP8老年痴呆小鼠大脑海马区葡萄糖代谢的影响

姜婧1,高凯2,周源1,韩向博1,朴赞勋1,李志刚1

(1.北京中医药大学针灸推拿学院,北京 100029;2.中国医学科学院医学实验动物研究所,北京 100021)

目的利用18氟-脱氧葡萄糖 micro-PET(18F-FDG micro-PET)影像学技术观察正常组小鼠,模型组和电针组老年痴呆模型SAMP8小鼠(快速老化小鼠)大脑海马区的葡萄糖代谢情况。方法随机挑选6月龄正常组SAMR1小鼠4只,痴呆模型组和电针组SAMP8小鼠各4只,通过2%异氟烷吸入麻醉后,从尾静脉弹丸式注射放射性示踪剂18F-FDG,每例约14.8～16.5MBq,摄取1 h后进行10 min micro-PET图像采集。计算并比较各组小鼠每克脑的海马组织18F-FDG的摄取率。结果电针组小鼠每克脑组织18F-FDG的摄取率高于正常组和模型组。结论 电针能明显提高SAMP8小鼠脑18F-FDG的摄取及每克脑组织的摄取率,并可能通过影响脑葡萄糖代谢而发挥神经保护作用。

18氟-脱氧葡萄糖;海马葡萄糖代谢;电针;SAMP8小鼠;阿尔茨海默病

阿尔兹海默病(Alzheimer’s disease,AD)又称老年痴呆,是一种以记忆障碍、失语、失用、失认、执行功能障碍以及人格和行为改变为主要临床表现的中枢神经退行性疾病,属于最常见的痴呆类型[1],占所有痴呆的60%～80%[2],对社会与家庭造成了严重的经济负担。电针疗法在我国传统针刺疗法的基础上结合相应电流的输出,具有良好的神经调节作用,目前已被广泛应用于临床老年痴呆的治疗中。

本实验采用microPET影像学技术,观察模型组和电针组SAMP8小鼠以及同月龄同背景的正常组SAMR1小鼠脑葡萄糖代谢状况,定量分析和比较各组小鼠大脑海马区(regions of interest,ROI)18F-FDG的摄取和每克脑组织的摄取率,进而评价电针疗法对AD动物模型SAMP8小鼠脑葡萄糖代谢的影响,进一步探讨电针疗法的神经保护作用机制,客观评价其疗效,为AD的早期防治和开发治疗AD的中医疗法提供检测指标和科学实验依据。

1 材料与方法

1.1 动物与分组

1.1.1 实验动物

选取雄性6月龄健康SAMP8小鼠和其同源正常老化SAMR1小鼠,体重(30±2)g,清洁级,共30只。以上均由天津中医学院第一附属医院实验动物中心提供[合格证编号SCXK(津)2008-0001]。实验动物均饲养于北京中医药大学东直门医院中药药理学实验室屏障环境动物室［SYXK(京)2004-2009］。实验前适应性喂养1星期,温度为(23±1)℃,12 h光照,湿度为45%,自由进食,单笼饲养,排除饮食及环境等所有可能对实验动物产生的影响。

1.1.2 动物分组

选取SAMP8快速老化鼠20只,随机分为模型组、电针组,每组10只。选取SAMR1小鼠10只为正常组。

1.2 实验方法

1.2.1 穴位选择

参照全国针灸学会实验针灸研究会制定的“实验动物针灸穴位图谱”选取百会穴、印堂穴、水沟穴。1.2.2 针刺方法

正常组:相同饲养条件下不做任何处理,但要在电针组治疗时抓取一次,以保证处理条件相同,每天1次,共15 d。

模型组:处理同正常组。

电针组:用华佗牌0.30 mm×25 mm毫针进行针刺。水沟穴采用点刺方法。百会穴向下、印堂穴向上平刺进针(不可对向进针,防止短路),进针深度为0.5 cm,胶带固定,针柄连接HANS-LH202型电针仪(北京大学神经科学研究所监制,北京华卫产业开发公司生产),选疏波,电针频率为2 Hz,电压为2 V,电流强度0.6 mA,针刺强度以小鼠头部微颤为宜。每次20 min,每天1次,共15 d。

1.3 小型正电子发射断层扫描技术(Micro-PET)检测

从每组动物中随机选取4只进行Micro-PET检测(PET示踪剂18F-FDG由中国医学科学院PET室提供;PET成像系统采用德国西门子INVEON PET/CT影像系统)。实验前,对12只小鼠(6月龄,28～32 g)进行血糖监测,结果显示全部在正常范围内(7.0～10.1 mmol/L)。实验前6 h禁食禁水。将小鼠放入吸气室内,通过吸入混有1.5%异氟烷的纯氧实施麻醉。麻醉完全后,经尾静脉弹丸式注射大约14.8～16.5 MBq放射性示踪剂18F-FDG。18F-FDG在小鼠体内摄取1 h后进行10 min的PET图像采集。将小鼠俯卧位固定于扫描床,使小鼠头部长轴和扫描器长轴平行且位于扫描器视野内。在此过程中,通过面罩持续吸入混有1.5%的异氟烷纯氧(1 L/min)维持小鼠麻醉状态。

1.4 Micro-PET影像重建

通过滤波后投影(FBP)算法和CT光子衰减校正进行影像重建。动态Micro-PET影像的帧取30s/帧。

1.5 ROI的选取

利用三维兴趣区(3DROI)技术,在横断面、冠状面和矢状面,手动选取海马区的3DROI,统计出ROI内平均每克组织的摄取率。

2 结果

2.1 18F- FDG 每克大脑海马组织的摄取率

结果显示经电针治疗后,大脑海马区18F-FDG每克组织摄取率均高于老年痴呆区(见表1、表2、图1)。

表1 18F- FDG 大脑海马区每克组织的摄取率的比较 (% ID/g)

表2 每组海马区每克组织摄取率均值比较 (%ID/g)

图1 每组海马区每克组织摄取率均值比较(%ID/g)

2.2 各组小鼠大脑海马区PET影像

图像使用相同色标,色标从上到下一次显示高、中、低葡萄糖代谢率的颜色。在图像观察者的左侧为动物的右侧。各组小鼠大脑海马区的PET显示,经电针治疗后18F-FDG的平均活性均高于模型组与正常组(见图2)。

图2 痴呆模型小鼠大脑海马区横断面PET扫描图像

3 讨论

老年痴呆属于中医学“脑病”范畴,又称“痴呆”,多因年老精血亏虚,致使“脑神”受损,导致脑功能发生严重的障碍,以呆傻愚笨、健忘为主要临床表现的一组神志异常症候群[3]。在立法上,根据“脑为元神之府”,“督脉者……上额,交巅,入络脑”,基于脑-神及脑-督脉之间的密切联系,我们提出“通督启神”法,本法以“督脉-脑”系统为物质基础,“通督”为手段,“启神”为目的,用于治疗各种与“脑神”相关的精神神志类疾病。

在穴位的选取上,我们以百会、印堂、水沟作为主要穴位。百会又名三阳五会,头为诸阳之会,该穴为手足三阳、督脉、足厥阴交汇之处,百病皆治,故名百会。《针灸大成》[4]:“百会主心烦闷,惊悸健忘,忘前失后,心神恍惚。”以及“百会、水沟治喜笑。”印堂位于两眉正中,属于经外奇穴,功能镇惊醒神。水沟功能醒神开窍,主治诸多精神疾患。《针灸大成》:“主失笑无时,癫痫语不识尊卑,乍哭乍喜。”三穴合用,则能共奏“通督启神”之效,从而达到治疗老年痴呆的作用。

在施针手段上,我们运用电针疗法。近年来,临床与实验研究尚未发现针对AD治疗的特效药,然而,中医学中的针灸疗法在AD的治疗中发挥显著的优势[5]。电针疗法是将针刺入穴位后,在针具上通以接近人体生物电的微量电流,利用针与电两种刺激,治疗疾病。它的优点是在针刺腧穴的基础上,加以脉冲电的治疗作用,可以长时间定量刺激[6]。目前,电针疗法已经广泛运用于AD的治疗中,并取得满意疗效[7-11]。

正电子发射断层扫描(Positron Emission Tomography,PET)是一种无创功能性脑成像技术,它利用放射性标记物[12-13]来分析大脑中物质的代谢状况,从而直接反映神经元的活动,是活体可视化研究脑部疾病的重要工具。随着小动物在现代分子生物学研究中日趋重要,高分辨率微型正电子发射断层显像技术(Micro Positron Emission Tomography,Micro-PET)出现,使在活体上的分子显像的研究成为可能。Micro-PET是当今全球医药领域及生物工程方面的领先技术,通过对小型啮齿动物(小鼠)进行活体状况下的功能及解剖成像,获得小鼠身体状况及药物在体内分布情况的各种数据,并且可以动态地获得动力学资料,对针刺和药理过程进行快速显像,具有很高的灵敏度,是一种相对无创伤性方法,其低示踪量的显像剂也不会产生明显的药理毒副反应。研究表明,Micro-PET[14]检查在小鼠脑形态学改变之前就可发现脑代谢的变化情况,Aβ蛋白[15]PET显像可以可视化地分析脑内SP的分布情况。可见,活体脑组织Aβ蛋白的检测可以对AD的诊断、治疗效果以及预后做出判断。同时,将为活体研究针刺效应的机理提供可视性信息,更有助于深入探讨针灸治疗AD的效用机制。

本实验通过Micro-PET影像显示出小鼠脑内海马区18F-FDG的摄取情况,由此可反映出小鼠脑内海马区葡萄糖的代谢水平。就图像来看,电针组小鼠脑内海马区的18F-FDG均高于正常组与模型组,因而提示电针组小鼠脑内海马区葡萄糖代谢水平较高。进一步计算和比较小鼠脑内海马区18F-FDG的每克组织摄取率的平均值,发现电针组最高,正常组居中,痴呆模型组最低。上述结果显示,电针组小鼠海马区葡萄糖代谢水平均高于正常组与模型组。总之,电针疗法可明显提高SAMP8小鼠脑内海马区的葡萄糖摄取率,改善脑内能量代谢水平。因此,电针疗法治疗AD的作用机制可能是通过影响脑内海马区葡萄糖代谢,从而发挥神经保护作用的。

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Micro-PET Observation of the Effect of Electroacupuncture on Cerebral Hippocampus Glucose Metabolism in SAMP8 Mice with Senile Dementia

JIANG Jing1, GAO Kai2, ZHOU Yuan1, HAN Xiang-bo1, Park Zan-xun1, LI Zhi-gang1. 1.Beijing University of Traditional Chinese Medicine School of Acupuncture and Massotherapy, Beijing 100029,China; 2. China Academy of Medical Science Institute of Medical Experimental Animals, Beijing 100021,China

ObjectiveTo observe cerebral hippocampus glucose metabolism using 18F-FDG micro-PET as an imaging technique in a normal group of mice, and model and electroacupuncture groups of SAMP8 mice with senile dementia (rapid aging mice). Method Four 6-month-old SAMR1 mice were picked at random out of the normal group and every four 6-month-old SAMP8 mice, out of the model and electroacupuncture groups respectively. Each of them was anesthetized by inhalation of 2% isoflurane and then given a bolus injection of radioactive tracer 18F-FDG 14.8～16.5 MBq through the tail vein. After one hour of the uptake, a PET scan was performed for 10 min. Hippocampus 18F-FDG uptake rate per gram of brain was calculated in every group of mice and the uptake rates were compared between the groups. Result The 18F-FDG uptake rate per gram of brain tissue was higher in the electroacupuncture group of mice than in the normal and model groups. Conclusion Electroacupuncture can markedly increase cerebral 18F-FDG uptake and the uptake rate per gram of brain tissue in SAMP8 mice. It may play a neuroprotective role through its influence on cerebral glucose metabolism.

18 fluorodeoxyglucose; Hippocampus glucose metabolism; Electroacupuncture; SAMP8 mice; Alzheimer Disease

R2-03

A

10.13460/j.issn.1005-0957.2015.02.0176

2014-06-30

1005-0957(2015)02-0176-04

国家自然科学基金项目(81273825)

姜婧(1986 - ),女,2013级博士生

李志刚(1965 - ),教授,博士生导师,主要研究方向为针刺干预中枢神经系统损伤的临床和机理研究